Система автоматической стабилизации плазменной струи на малых токах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Воронов, АнтонЮрьевич

• Воронов, АнтонЮрьевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воронов, АнтонЮрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

1.1. Устойчивость горения электрической дуги

1.2. Обзор источников питания электрической дуги

1.3. Структура САР

1.4. Устройства поджига сжатой дуги

1.5. Плазматроны

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

2.1. Экспериментальное исследование сжатой электрической дуги

в канале плазматрона

2.2. Математическая модель сжатой электрической дуги в канале

плазматрона

2.3. Моделирование сжатой электрической дуги в канале плазматрона

ГЛАВА 3. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

3.1. Синтез регулятора САР

3.2. Математическая модель САР

3.3. Оптимизация регулятора САР

3.4. Частота коммутации ШИМ и индуктивность сглаживающего

реактора

3.5. Аналоговая реализация регулятора САР

3.6. Цифровая реализация регулятора САР

ГЛАВА 4. УСТАНОВКА ПЛАЗМЕННОГО РОЗЖИГА

4.1. Состав и алгоритм работы установки плазменного розжига

4.2. Импульсно-зажигающее устройство

4.3. Источник питания сжатой дуги

4.4. Практическая реализация установки плазменного розжига

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система автоматической стабилизации плазменной струи на малых токах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Экономия природных ресурсов и рост цен на традиционные энергоносители требуют повышения эффективности энергетических установок, сокращения расхода топлива, а также использования дешевых сортов жидкого или твердого горючего. Это, в свою очередь, определяет необходимость комплексных исследований энергетических установок и их элементов в направлении повышения КПД за счет улучшения качества сжигания топлива [1].

Опыт эксплуатации теплоэнергетических установок, в которых используются традиционные методы поджига (искровые разряды, вспомогательный факел, трансформаторы зажигания), показывает их невысокую надежность и узкие границы устойчивого поджига, сильно зависящие от свойств топлива. Нарушение устойчивого поджига может приводить к полному выходу энергетической установки из рабочего режима и, как следствие, к аварийным ситуациям в сетях теплоснабжения.

Вместе с тем, описанные методы не всегда обеспечивают стабильный под-жиг смесей, содержащих такие трудновоспламеняемые виды топлива, как отработанное масло и обводненный мазут. Даже если поджиг прошел успешно, наблюдаются частые срывы факела и неполное сжигание топлива, что приводит к его перерасходу [2].

Анализ возможных методов физико-химического воздействия на горючие смеси показывает, что весьма перспективным методом является использование электродугового разряда в виде струи низкотемпературной плазмы. Объясняется этот факт тем, что плазма обладает рядом важных для процесса воспламенения свойств. Факел низкотемпературной плазмы оказывает тепловое и химическое воздействие на топливовоздушную смесь. Частицы топлива, попадая в плазменную струю, испытывают тепловой удар. Происходит их дробление, в результате чего резко возрастает поверхность взаимодействия топлива с окислителем. Наряду с наличием в плазме таких активных центров, как ионы, радикалы и атомы, это приводит к интенсификации химических реакций горения. Результатом описанно-

го процесса является расширение границ устойчивого розжига горючих смесей различных концентраций и физико-химических свойств [2].

В связи с указанными преимуществами плазменный розжиг является перспективным направлением, однако, его применение в теплоэнергетических установках ограничено областями средних и высоких мощностей, что обусловлено особенностями горения сжатой дуги на малых токах.

Для внедрения систем плазменного розжига в установки малой мощности (около 1 кВт) необходима разработка системы, сочетающей источник питания с заданными характеристиками и устройство автоматического инициирования плазменной струи при возможном ее обрыве под влиянием газодинамических возмущений. Особенности работы подобной системы определяются конкретными условиями ее эксплуатации и сводятся к требованиям генерирования плазменной струи на малых токах порядка 4...6 А и обеспечения максимального быстродействия для противодействия влиянию газодинамических возмущений и при запуске плазмы.

Цель диссертационной работы - разработка системы плазменного розжига, сочетающей источник питания с заданными характеристиками и устройство автоматического пробоя дугового промежутка при возможном обрыве дуги под влиянием газодинамических возмущений.

Достижение поставленной цели требует решения следующих научно-технических задач:

- создание источника питания, обеспечивающего стабильное горение сжатой дуги;

- исследование характеристик сжатой дуги в канале плазматрона как объекта регулирования системы;

- синтез регулятора тока системы автоматического регулирования, включая его параметрическую оптимизацию;

- исследование работы системы стабилизации тока сжатой дуги с учетом особенностей ее горения на математической модели;

- разработка устройства первоначального пробоя дугового промежутка;

- экспериментальная проверка результатов компьютерного моделирования на реальной системе.

Объект исследования - сжатая электрическая дуга в канале плазматрона. К предмету исследования можно отнести построение системы автоматической стабилизации плазменной струи в маломощном электродуговом плазматроне при малых токах.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основы теории электрической дуги, положения теоретической электротехники, теории электроники, теории автоматического управления, методы математической обработки случайных сигналов, имитационного моделирования электротехнических систем, а также натурные эксперименты.

Достоверность научных результатов, изложенных в работе, подтверждается строгим обоснованием расчетных методик и принимаемых допущений, корректным применением современных методов научных исследований, а также результатами экспериментальных исследований, полученными на разработанном реальном устройстве.

Научная новизна заключается в следующем:

- предложена математическая модель сжатой электрической дуги в канале плазматрона, учитывающая ее статические характеристики и динамические свойства, обусловленные влиянием газодинамических возмущений;

- получена передаточная функция формирующего фильтра, позволяющего моделировать пульсации напряжения на сжатой дуге;

- установлен диапазон наиболее значимой части спектра пульсаций напряжения на сжатой дуге - до 2000 рад/с, что определяет требуемые динамические характеристики источника питания сжатой дуги;

- предложен способ параметрической оптимизации регулятора тока по критерию минимума среднеквадратической ошибки регулирования с учетом ее спектральной составляющей. Способ основан на разработанных математических моделях сжатой дуги и системы автоматического регулирования;

- предложен алгоритм, позволяющий повысить эффективность плазменного розжига углеводородных топлив и обеспечить сохранение ресурса работы плаз-матрона за счет увеличения тока дуги при первоначальном розжиге.

Практическая ценность:

- разработаны методики по составлению математической модели сжатой дуги и оценки ее точности. Указанные методики позволяют вести исследования работы источников питания сжатой дуги с максимальным учетом особенностей ее горения;

- разработаны методики синтеза и параметрической оптимизации регулятора тока системы автоматического регулирования, силовая часть которой представляет собой импульсный регулятор напряжения, а объект регулирования -сжатая дуга;

- разработаны математические модели системы автоматического регулирования тока сжатой электрической дуги в канале плазматрона, позволяющие в полном объеме исследовать режимы работы САР с учетом специфики объекта регулирования;

- разработано импульсно-зажигающее устройство, обеспечивающее автоматический повторный пробой дугового промежутка на всем интервале работы источника питания сжатой дуги. Преимуществом предложенной схемы является отсутствие необходимости дополнительных сигналов о состоянии дуги для повторного пробоя;

- разработана принципиальная схема источника питания сжатой дуги, позволяющая интегрировать его в горелочное устройство Olympia ОМ-1 ;

- создана и испытана установка плазменного розжига. Установка обеспечивает надежное воспламенение и поддержание устойчивого горения при сжигании вязкого или обводненного мазута, а также отработанного масла.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментальных исследований сжатой электрической дуги в канале плазматрона, математическая модель сжатой дуги, синтез формирующего фильтра, моделирующего пульсации напряжения на сжатой дуге;

- структура источника питания сжатой дуги и его математическая модель;

- параметрическая оптимизация регулятора тока по критерию минимума среднеквадратической ошибки с учетом спектральной составляющей;

- устройство для формирования дугового разряда;

- результаты экспериментальных исследований на разработанной установке плазменного розжига.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертационной работы опубликованы 10 печатных работ, в том числе три работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, получен патент РФ на изобретение.

Апробация результатов научных исследований. Основные результаты работы отражены в материалах всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2010), а также на научно-технических конференциях «Вологдинские чтения» (Владивосток, 2009), «Молодежь и научно-технический прогресс» (Владивосток, 2009).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, включающего 108 наименований, и двух приложений. Работа изложена на 124 страницах, содержит 54 рисунка и одну таблицу.

1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

1.1. Устойчивость горения электрической дуги

Исследования устойчивости горения электрических дуг делятся на две группы.

К первой группе относятся вопросы устойчивого положения дуги в пространстве. Для сжатых дуг оно обеспечивается подбором необходимой конфигурации плазматрона, плазмообразующего газа, его потока, а также некоторых других аспектов, рассмотренных далее.

Ко второй группе относятся вопросы устойчивости системы «источник питания - электрическая дуга». Здесь основную роль играют задачи определения параметров элементов источника питания для обеспечения устойчивого горения дуги при наличии возмущений, действующих на нее [3].

Рассмотрим простейший источник питания электрической дуги, который имеет падающую вольтамперную характеристику. Его схема изображена на рисунке 1.1. Источник питания состоит из источника напряжения Еи и некоторого балластного сопротивления ЯБ. Электрическая дуга в соответствии с ее вольтам-перной характеристикой представлена в виде противоЭДС, падение напряжения на котором равно ид [3,4]. Схема также включает в себя сглаживающий реактор Ь, обеспечивающий протекание непрерывного тока г через дуговой промежуток. Величина индуктивности реактора выбирается из условия допустимых пульсаций тока дуги [5].

Рисунок 1.1- Источник питания электрической дуги с падающей вольтамперной характеристикой

Вольтамперные характеристики представленного комплекса источник питания - электрическая дуга показаны на рисунке 1.2 [6-8].

Рисунок 1.2 - Вольтамперные характеристики: 1 - свободно горящей электрической дуги, 2 - источника питания

Как известно из теории плазменно-дуговых процессов, для электрической дуги на малых токах связь между напряжением на дуге и током дуги определяется графиком 1, приведенным на рисунке 1.2. Угол наклона вольтамперной характеристики источника питания (график 2) зависит от величины балластного сопротивления. Установившийся режим системы определяется равенством их напряжений и токов.

Как следует из рисунка 1.2, вольтамперные характеристики источника питания и электрической дуги пересекаются в двух точках: А и Б. Определим условия устойчивости горения дуги, и какая из этих точек соответствует устойчивому режиму работы комплекса.

Уравнение по второму закону Кирхгофа для цепи, приведенной на рисунке 1.1, имеет вид:

Еи=ЖБ+Ь~ + ид. (1.1)

В целом вольтамперная характеристика электрической дуги ид=/(0 на малых токах не является линейной, однако на небольшом участке, включающем в себя некоторую точку устойчивого равновесия, эту кривую можно аппроксимировать функцией вида:

= код ~кд1, (1*2)

где кд - коэффициент, характеризующий угол наклона линеаризованной вольтам-перной характеристики дуги, кщ - некоторая константа.

Таким образом, выражение (1.1) можно представить в виде:

Ь^ + К11Б-кд) = ЕИ-код. (1.3)

При условии устойчивого режима вынужденная составляющая решения указанного дифференциального уравнения соответствует току в установившемся режиме, т. е. току в некоторой точке пересечения вольтамперных характеристик дуги и источника питания.

Свободная составляющая (¿св) находится при решении соответствующего дифференциального уравнения, правая часть которого равна нулю. В данном случае, она равна:

1 > О-4)

где А - некоторая константа.

Отсюда можно сформулировать необходимое условие устойчивости горения дуги в области малых токов:

КБ>кд, (1.5)

или, иными словами, наклон вольтамперной характеристики источника питания должен быть больше наклона вольтамперной характеристики дуги [6-8].

Другим необходимым условием устойчивого горения дуги является достаточная индуктивность сглаживающего реактора с целью ограничения скорости изменения тока. Если индуктивность слишком мала, то воздействие сильных возмущений может привести к значительным пульсациям тока, что, в свою очередь, приведет к нарушению устойчивого режима работы. Выполнение этих двух уело-

I I I

I

вий образуют необходимый комплекс условий устойчивости горения электрической дуги [5-8].

Таким образом, исходя из рисунка 1.2 и выражения (1.5), можно сделать вывод, что точка Б соответствует устойчивому режиму горения электрической дуги. Режим в точке А неустойчив, т. к. вольтамперная характеристика электрической дуги в ней имеет больший наклон, чем характеристика источника питания.

Действительно, к такому заключению можно прийти и на основании более простых рассуждений. Если под действием возмущения ток дуги уменьшился до значения 1А1у то напряжение на дуге увеличилось до идА]. В этом случае для восстановления прежнего значения тока дуги и исключения ее обрыва напряжение источника иц.А! при токе должно измениться так, чтобы выполнялось условие ии.А1 > идл1- Однако, в соответствии с рисунком 1.2, для точки А это требование не выполняется. В точке Б результат противоположный, т. е., уменьшение тока дуги до значения 1Б1 приводит к изменению напряжения на дуге до идБ], а на источнике - до напряжения щ.бь при этом иИБ1 > идБ1. Выполнение последнего условия приводит к возрастанию тока и стабилизации режима в точке Б.

В области малых токов наклон вольтамперной характеристики электрической дуги имеет наиболее высокое значение. Кроме того, при использовании различных расходов воздуха, продуваемого через плазматрон, наклон и положение вольтамперной характеристики могут меняться, поэтому, для обеспечения стабильного горения сжатой дуги при различных условиях источник питания должен иметь практически вертикальный падающий участок вольтамперной характеристики и достаточно высокое напряжение холостого хода, т. е. обладать свойствами источника тока.

1.2. Обзор источников питания электрической дуги

Сжатая электрическая дуга на малых токах является чрезвычайно сложным и нестационарным объектом, подверженным воздействию газодинамических возмущений. Последние приводят к постоянному изменению длины дуги и, как следствие, к изменению напряжения на ней [3]. Можно сформулировать следующие требования, предъявляемые к источнику питания сжатой дуги в области малых токов:

- источник питания должен иметь вертикальный участок вольтамперной характеристики в рабочем диапазоне токов;

- источник питания должен обеспечивать достаточно быстрое протекание переходных процессов, вызванных действующими на сжатую дугу газодинамическими возмущениями;

- для устойчивого зажигания дуги источник питания должен обеспечивать практически безынерционный переходный процесс установления заданного тока при старте;

- источник питания должен позволять оперативно изменять уставку рабочего тока и иметь малые габариты и массу.

Несмотря на широкое распространение в промышленности электрических дуг переменного тока, их использование в маломощных плазматронах невозможно ввиду низкой стабильности горения дуги переменного тока на малых токах [5]. Простейшая схема источника питания электрической дуги переменным током изображена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Источник питания электрической дуги переменным током

В качестве входного напряжения 1/вх такого источника питания, как правило, используется стандартное напряжение сети 220 В или 380 В. Балластный резистор ^и реактор Ь, включенные в цепь вторичной обмотки трансформатора ТУ, обеспечивают падающую вольтамперную характеристику источника питания [9, 10].

Проблема горения электрической дуги на переменном токе состоит в том, что переход кривой тока через нуль приводит к ее погасанию, после чего необходим повторный пробой межэлектродного пространства. Таким образом, для обеспечения устойчивого горения дуги напряжение холостого хода трансформатора должно превышать напряжение пробоя дугового промежутка. Частично эта проблема решается введением реактора. Благодаря дополнительному индуктивному сопротивлению в цепи электрической дуги возникает сдвиг фаз между током и напряжением, поэтому переход кривой тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надёжность повторного зажигания. Тем не менее, учитывая физические свойства дугового разряда на малых токах, использовать переменный ток для его питания недопустимо [5].

Самым примитивным способом создания источника питания дуги постоянного тока, имеющего крутопадающую вольтамперную характеристику, является введение в цепь высоковольтного источника напряжения балластного резистора, сопротивление которого много больше сопротивления дугового промежутка, как было показано на рисунке 1.1. В этом случае ток в контуре определяется преимущественно сопротивлением балластного резистора и мало зависит от сопротивления дугового промежутка.

Схема такого источника питания, источник высоковольтного постоянного напряжения в котором состоит из повышающего трансформатора ТУ, неуправляемого выпрямителя УО и фильтрующего конденсатора С, изображена на рисунке 1.4.

Вольтамперная характеристика такого источника питания не является вертикальной, ее наклон и, соответственно, рабочий режим системы регулируются изменением сопротивления балластного резистора. Этот способ стабилизации ду-

гового тока, благодаря своей простоте, применялся в большинстве источниках питания дуги более ста лет [11-13].

ТУ

Общие достоинства источников питания дуги с балластным сопротивлением заключаются в следующем:

- низкая стоимость;

- простота и дешевизна в эксплуатации.

Однако подобные системы также имеют ряд существенных недостатков, не позволяющих использовать его в современных устройствах:

- низкий КПД (около 10%);

- высокие массогабаритные показатели;

- нестабильность тока дуги;

- зависимость режима от колебаний напряжения сети.

Для получения вертикальной вольтамперной характеристики вместо неуправляемого выпрямителя возможно использование тиристорного выпрямителя У8. Схема такого источника питания приведена на рисунок 1.5.

Требуемый вид внешних вольтамперных характеристик в таких источниках питания достигается введением обратной связи по регулируемому параметру (в нашем случае — по току), которая в соответствии с необходимым алгоритмом регулирует угол открытия тиристоров. Обратный диод служит для замыкания тока дуги в момент, когда напряжение на выходе тиристорного выпрямителя равно нулю [5].

дуга

Рисунок 1.4 - Источник питания электрической дуги с балластным

сопротивлением

ТУ

ивх

2\т

дуга

Рисунок 1.5 - Источник питания электрической дуги с тиристорным

выпрямителем

Существуют также схемы включения тиристоров на стороне первичной обмотки трансформатора ТУ, как показано на рисунке 1.6. В этом случае на стороне вторичной обмотки используется неуправляемый выпрямитель Уй\.

Такое включение целесообразно при условии, что трансформатор ТУ является понижающим. В этом случае, кроме снижения общего числа тиристоров снижается их коммутируемый ток, что позволяет использовать более дешевые маломощные тиристоры [5].

К общим достоинствам источников питания с тиристорным управлением можно отнести:

- высокий КПД;

- удобство регулирования режима горения дуги;

Рисунок 1.6- Источник питания электрической дуги с тиристорными ключами на стороне первичной обмотки трансформатора

- возможность формирования необходимых внешних вольтамперных характеристик;

- тиристоры относительно дешевы, не требуют сложных схем управления и имеют низкие коммутационные потери.

Основной недостаток тиристорных источников питания состоит в том, что они не в состоянии обеспечивать должного быстродействия для стабилизации пульсаций тока, обусловленных газодинамическими возмущениями в плазмат-роне на малых токах. Тиристор представляет собой вентильный элемент с неполным управлением, т. е. регулируется лишь момент его открытия, в то время как закрытие происходит автоматически, когда ток становится равным нулю [14]. Соответственно, частота коммутации тиристорного регулятора определяется его конфигурацией и частотой напряжения сети. Например, для тиристорного выпрямителя, приведенного на рисунке 1.5 при питании от бытовой сети, частота коммутации составит 100 Гц. Указанного быстродействия не достаточно для регулирования тока в объекте с такими динамическими свойствами, как сжатая дуга на малых токах. Тиристорные источники питания наиболее целесообразно применять в областях средних и высоких токов, где влияние газодинамических возмущений не столь выражено, и процесс горения дуги более стабилен [5].

Современные запираемые IGCT - тиристоры лишены недостатков, присущих вентилям с неполным управлением. Они позволяют регулировать как момент открытия, так и момент закрытия. Однако максимально возможная частота их коммутации сравнительно невысока (единицы килогерц), и они преимущественно изготавливаются для устройств высокой мощности (более 1 МВА), поэтому возможность их использования в маломощном источнике питания сжатой дуги не рассматривается [15-17].

Проблема получения должного быстродействия источника питания решается введением звена, осуществляющего DC-DC преобразование напряжения. Существует множество различных вариантов реализации подобных источников питания, однако, из всего многообразия можно выделить два типа, удовлетворяющим всем вышеперечисленным требованиям [18-20]. Схема одного из них, со-

держащего понижающий импульсный регулятор напряжения, изображена на ри-

(

сунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Источник питания электрической дуги с импульсным

регулятором напряжения

Трансформатор ТУ, неуправляемый выпрямитель УР\ и фильтрующий конденсатор С образуют источник постоянного напряжения. Оставшаяся часть схемы образует импульсный регулятор напряжения. Требуемое значение напряжения на нагрузке достигается путем управления коммутацией ключа К по заданному алгоритму. Как и в случае с тиристорным регулятором, в интервале закрытия ключа ток в контуре замыкается через обратный диод РТ>2.

Таким образом, при использовании сигнала обратной связи по току в алго-

!

ритме управления коммутацией ключа К возможно регулирование тока в контуре горения дуги. Современные транзисторные ключи имеют низкие коммутационные потери и обладают очень широким частотным диапазоном. Тип транзисторного ключа выбирается исходя из характеристик объекта регулирования (сжатой дуги в канале плазматрона), а также коммутируемого тока. При недостаточной мощности одного транзисторного ключа используют параллельное соединение нескольких транзисторов [15, 16].

Существуют множество вариантов управления коммутацией транзисторного ключа. Например, постоянная частота с переменным временем включенного состояния или широтно-импульсная модуляция (ШИМ), постоянное время включенного состояния при изменяющейся частоте, изменение частоты и времени включенного состояния при случайном или фиксированном времени выключенного состояния [21].

Другой вариант источника питания, включающий в себя DC-DC преобразователь с внутренней гальванической развязкой, изображен на рисунке 1.8.

Источник постоянного напряжения выполнен аналогично схеме, изображенной на рисунке 1.7. Амплитуда напряжения на выходе инвертора и2 регулируется в соответствии с заданным алгоритмом, поддерживая тем самым неизменным ток в контуре горения дуги. При этом частота выходного напряжения инвертора превышает частоту входного напряжения ивх.

Неоспоримым преимуществом этого источника питания перед предыдущим являются его массогабаритные показатели. За счет увеличения рабочей частоты трансформатора удается существенно их снизить. Однако использование инвертора значительно усложняет конструкцию, стоимость и, соответственно, надежность источника питания, т. к. вместо одного транзисторного ключа в инверторе необходимо использовать минимум четыре (для однофазного трансформатора). Кроме того, усложняется алгоритм управления [18-20].

Для формирования и регулирования синусоидального выходного напряжения на выходе инвертора 112 используются следующие методы [22]:

- широтное регулирование с однократным включением каждого ключа в течение периода выходной частоты. Регулирование напряжения осуществляется за счет изменения паузы между импульсами;

- широтно-импульсное регулирование (ШИР). При ШИР выходное напряжение формируется на каждом полупериоде из нескольких импульсов с одинако-

i

Рисунок 1.8 - Источник питания электрической дуги с внутренней

гальванической развязкой

вой длительностью, разделенных паузами одинаковой длительности. Изменяя соотношение длительности пауз к длительности импульсов при сохранении постоянной частоты их следования, можно обеспечить изменение выходного напряжения от максимального, когда длительность пауз равна нулю, до минимального значения;

- широтно-импульсная модуляция (ШИМ) основана на непрерывном изменении (модуляции) длительности импульсов по синусоидальному или близкому к нему, например, трапецеидальному закону. Формирование выходного напряжения производится путем сравнения задающего синусоидального (или другого) сигнала, имеющего выходную частоту инвертора с треугольным или пилообразным сигналом сравнения высокой несущей частоты.

К общим достоинствам источников питания с DC-DC преобразованием относятся:

- высокий КПД;

- высокое быстродействие;

- удобство регулирования режима горения дуги;

- возможность формирования необходимых внешних вольтамперных характеристик;

- низкие коммутационные потери транзисторных ключей.

Получение вертикальной вольтамперной характеристики источника питания возможно также с помощью таких параметрических источников питания, как резонансные индуктивно-емкостные преобразователи (ИБП). ИБП преобразуют источник напряжения переменного тока в источник тока нагрузки, не требуя при этом специальной системы автоматической стабилизации этого тока [12, 23].

Простейший источник питания электрической дуги, включающий в себя построенный по схеме Бушеро ИБП, приведен на рисунке 1.9. Значения индуктивности реактора L\ и емкости конденсатора С подбираются таким образом, что их реактивные сопротивления равны по абсолютному значению на частоте питающего напряжения UBX, но при этом противоположны по знаку (активным сопро-

тивление реактора можно пренебречь). Таким образом, реактор с конденсатором образуют последовательный резонансный контур, ток на выходе выпрямителя КО/ не зависит от нагрузки, а определяется лишь напряжением питания и реактивным сопротивлением реактора [24, 25].

¿1 Т/Г), ¿2

дуга

Рисунок 1.9 - Источник питания электрической дуги с ИБП

Однако такие недостатки, как низкое быстродействие, высокие массогаба-ритные показатели и невозможность оперативно изменять уставку тока дуги делают невозможным их применение в качестве источников питания в установках малой мощности.

На основании приведенного анализа можно утверждать о целесообразности использования источников питания с DC-DC преобразованием. Они удовлетворяют всем поставленным требованиям. Наилучшим вариантом для использования в маломощной установке плазменного является источник питания с импульсным регулятором напряжения. Т. к. расчетная активная мощность источника питания не превышает 1 кВт (эта величина определяется на основании статической вольт-амперной характеристики сжатой дуги), поэтому габариты трансформатора не являются критичными в сравнении с габаритами всей установки плазменного розжига. В то же время источник питания с импульсным регулятором имеет более простую и надежную конструкцию, а также более низкую стоимость по сравнению с источником питания с внутренней гальванической развязкой [18-20].

1.3. Структура САР

С точки зрения теории автоматического управления выбранный источник питания является замкнутой системой автоматического регулирования (САР) с обратной связью по току [26-29]. Функциональная схема такой системы представлена на рисунке 1.10.

Входным сигналом САР является уставка 1з заданного тока дуги. Из неё вычитается фактический ток дуги, значение которого формируется в блоке измерительного преобразователя тока ОС. Полученный сигнал рассогласования поступает на вход регулятора тока РТ. Регулятор тока в соответствии с установленным алгоритмом формирует сигнал управляющего воздействия 11у. Последний сравнивается с несущим сигналом пилообразной формы иГпн> поступающим с генератора пилообразного напряжения ГПН. В результате чего образуются импульсы, управляющие коммутацией широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Напряжение питания ШИМ равно 1/п. Контур горения дуги состоит из сглаживающего реактора Ь, обратного диода ГО и непосредственно дугового промежутка.

1з

- А

- л игпн

ГПН

ОС

дуга

Рисунок 1.10 - Функциональная схема САР

Объектом регулирования в рассматриваемой САР является сжатая электрическая дуга в канале плазматрона на малых токах. Статические характеристики сжатой дуги хорошо известны, однако, анализ ее динамических свойств, зависящих от множества различных внешних факторов, представляет значительные трудности [30]. Вместе с тем, от точности математического описания сжатой дуги зависит правильность расчета параметров всех остальных элементов САР. Таким

образом, идентификация объекта регулирования САР необходима на первоначальном этапе разработки источника питания сжатой дуги. Решение поставленной задачи возможно путем экспериментальных исследований на реальном объекте с последующей обработкой полученных результатов.

Как известно из теории автоматического управления, обеспечение требуемых показателей качества процесса регулирования (быстродействие, перерегулирование, установившаяся ошибка) достигается выбором соответствующей структуры и численных значений параметров регулятора, которые, в свою очередь, зависят от структуры и параметров объекта управления. Структуру и параметры регулятора возможно определить с помощью аналитических расчетов и математического моделирования [31, 32].

Задачей аналитического расчета также можно считать определение общих соотношений между параметрами САР в линейном плане при определенных допущениях относительно характеристик объекта регулирования. Полученные результаты должны служить основой для моделирования САР, целью которого следует считать параметрическую оптимизацию всех элементов САР, уточнение структуры регулятора, а также исследование САР в различных режимах работы.

При выборе способа управления коммутацией ключа необходимо учитывать требования ограничения максимальной и минимальной частот коммутации транзисторного ключа с целью уменьшения потерь и уменьшения пульсаций тока соответственно. Прогнозируя возможные схемотехнические варианты реализации силовой части САР и схемы ее управления, широтно-импульсную модуляцию следует признать наиболее рациональным способом [21].

Требуемые частота коммутации ШИМ и индуктивность сглаживающего реактора также выбираются исходя из характеристик объекта регулирования, а также из условия допустимых пульсаций тока в контуре САР.

Таким образом, САР представляет собой замкнутую одноконтурную систему, неизвестным звеном которой является регулятор тока. Остальные элементы образуют функционально необходимую часть (ФНЧ) системы. Структура и параметры этой части принимаются на основании характеристик объекта регулирова-

ния системы и обеспечения рационального сочетания технико-экономических и массогабаритных показателей [33, 34].

1.4. Устройства поджига сжатой дуги

Устройства для первоначального поджига дуги делятся на два класса: контактного и бесконтактного поджига. Контактный поджиг осуществляется путем кратковременного замыкания электрода и сопла с последующим их разведением. Контактный поджиг довольно надежен, однако он обладает рядом значительных недостатков.

При соприкосновении электродов возможен перенос материала. Для устранения этого нежелательного явления при поджиге используют ток меньше номинального. При наличии подвижных частей в плазматроне достаточно затруднительно обеспечить точную центровку электрода. Даже незначительные отклонения могут привести к образованию двойной дуги и нарушению устойчивого горения. Кроме того, это приводит к усложнению конструкции плазматрона и снижению надежности его работы [35-37].

Для ручного поджига дуги также применяется графитовый стержень, который кратковременно вводится в отверстие сопла и, замыкая промежуток электрод - сопло, возбуждает дугу. Однако такой способ возбуждения приводит к повышенному износу элементов плазматрона [35-37].

Устройства бесконтактного поджига сжатой дуги, или импульсно-зажигающие устройства (ИЗУ) могут иметь различную конструкцию, однако, их объединяет общий принцип действия. На напряжение основного источника питания дуги накладывается высоковольтный импульс. Требования к параметрам импульса зависят от условий в дуговом промежутке, свойств источника питания и сводятся к тому, чтобы длительность и мощность этого импульса были достаточны для первоначального пробоя дугового промежутка и выхода основного источ-

ника питания на рабочий режим. Как правило, в таких устройствах используются пороговые элементы (например, разрядники), при достижении пробивного напряжения на которых с помощью специальных схем усиления формируется высоковольтный импульс.

Можно выделить два основных типа ИЗУ - параллельного и последовательного включения. В первом случае источник основного питания и ИЗУ подключены параллельно к дуговому промежутку и защищены друг от друга развязывающими диодами. Во втором - трансформатор ИЗУ, формирующий высоковольтный импульс, включается последовательно в контур горения дуги. Он должен быть рассчитан на протекание полного тока дуги, поэтому ИЗУ последовательного включения используются в источниках питания, рассчитанных на меньшие токи, чем ИЗУ параллельного включения.

Преимуществами бесконтактного поджига является высокая эффективность зажигания дуги, а также простота и надежность установки плазменного розжига. К недостаткам относятся наличие высоковольтных устройств и вызываемых ими при пробое дугового промежутка помех.

В целом использование поджига касанием в установках малой мощности приводит к неоправданному усложнению и снижению надежности конструкции плазматрона, поэтому предпочтительным является использование ИЗУ. В области малых токов рекомендуется использовать ИЗУ последовательного включения, обладающие большей эффективностью по сравнению с ИЗУ параллельного включения [37].

1.5. Плазматроны

Электродуговые плазматроны, использующие в качестве нагревателя газов сжатую дугу, являются наиболее распространенными генераторами низкотемпературной плазмы. Этот факт объясняется простотой и надежностью самих элек-

тродуговых плазматронов, а также источников их питания. Кроме того, электрическая дуга обеспечивает эффективный нагрев и ионизацию практически любых газов до температур порядка (З-Ю)-Ю3 К без каких-либо ограничений по мощности и давлению [12].

Известны также высокочастотные и сверхвысокочастотные плазматроны, получившие широкое распространение в плазмохимических технологиях. С их помощью возможно получение чистой безэлектродной плазмы, не имеющей теплового и электрического контактов с элементами конструкции [40].

Основой дуговых плазматронов является сжатая дуга постоянного или переменного тока. Большинство плазматронов работает на постоянном токе прямой полярности, т. е. катодом является электрод, а анодом - сопло или обрабатываемое изделие. Это вызвано тем, что на аноде дуги выделяется большее количество теплоты, чем на катоде, поэтому для исключения перегрева электрода, предпочтительно чтобы он испытывал наименьшую тепловую нагрузку. Плазматроны постоянного тока имеют наибольший КПД.

Плазматроны переменного тока применяются гораздо реже в силу технологических требований процесса. Их существенным недостатком, как уже было сказано, является меньшая стабильность горения дуги. Иногда в целях повышения устойчивости горения дуги на переменном токе, основную дугу переменного тока прямого действия иногда стабилизируют вспомогательной дугой постоянного тока [41].

По виду горящей в них дуги плазматроны делятся на устройства прямого и косвенного действия. В плазматронах косвенного действия сжатая электрическая дуга горит между электродом и соплом. Плазмообразующий газ, проходящий через сжатую дугу, нагревается и ионизируется, и на выходе плазматрона образуется высокотемпературная плазменная струя. Такие плазматроны используются в областях малых токов и при бесконтактном воздействии на вещества.

В плазматронах с дугой прямого действия сжатая дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием. На выходе плазматрона нагретый и ионизированный плазмообразующий газ совмещен со сжатой электрической дугой, за

счет чего плазматроны прямого действия имеют более высокую тепловую мощность. Плазматроны прямого действия используются, как правило, в областях средних и высоких токов для сварки, резки и наплавки [42].

Электродуговые плазматроны различаются способами стабилизации сжатой дуги в канале: газовый, водяной и магнитный. Наиболее простой и распространенной является газовая стабилизация, при которой наружный холодный слой рабочего плазмообразующего газа, омывая стенки столба дуги, охлаждает и сжимает его. В зависимости от способа подачи газа стабилизация может быть аксиальной или вихревой, при этом наилучшее обжатие дуги достигается при вихревой стабилизации.

При водяной стабилизации водяной пар, образуемый из струи, служит плазмообразующей средой. При водяной стабилизации можно достигнуть наиболее высоких степени сжатия и температуры столба дуги. Плазматроны с водяной стабилизацией отличаются сложностью конструкции и применяются лишь в мощных установках. Магнитная стабилизация, при которой создается продольное магнитное поле, сжимающее столб дуги, менее эффективна, чем газовая и водяная. Преимущество способа магнитной стабилизации состоит в возможности регулирования степени сжатия столба дуги независимо от расхода рабочего газа, в то время как при газовой и водяной стабилизации рабочий газ является одновременно плазмообразующим и стабилизирующим [43,44].

Различают плазматроны с воздушным и с водяным охлаждением. Ввиду большей теплоемкости воды водяная система охлаждения является наиболее эффективной, при которой допускаются высокие тепловые нагрузки на электрод и сопло, т. е. обеспечивается нормальная работа плазматрона при больших токах. Однако водяное охлаждение несколько усложняет конструкцию плазматрона и эксплуатацию плазменной установки в целом.

По конструктивным особенностям сопла можно выделить плазматроны с фиксированной и самоустанавливающейся длиной дуги. Плазмотроны с самоустанавливающейся длиной дуги имеют более сложную конструкцию, однако они позволяют стабилизировать длину дуги в соответствии с заданными требования-

ми. Стабилизация длины дуги осуществляется с использованием межэлектродных вставок или уступов.

В плазматронах малой мощности, благодаря простоте конструкции, наибольшее распространение получили стержневые электроды, катодное пятно на которых располагается на торце электрода. На больших токах также применяются распределенные электроды, где катодное пятно интенсивно перемещается под воздействием газовых потоков по поверхности электрода [12, 35, 43, 44].

Исходя из требований обеспечения максимальной надежности конструкции и простоты в эксплуатации, для работы в составе маломощной установки плазменного розжига наиболее целесообразно использовать плазматроны косвенного действия, работающие на постоянном токе прямой полярности с вихревой стабилизацией с воздухом в качестве плазмообразующей среды. Его конструкция должна обеспечивать качественное обжатие сжатой дуги воздушными потоками, надежное зажигание сжатой дуги, удобный ремонт и эксплуатацию. Электрод и сопло, как наиболее термически нагруженные элементы, должны выдерживать длительную тепловую нагрузку при максимальной мощности плазматрона. Электрическая изоляция между электродом и соплом должна устойчиво работать при максимальном напряжении, возникающем в момент зажигания и обрыва дуги. Кроме того, они должны обеспечивать удобный ремонт и эксплуатацию.

Выводы

1. Установлено, что для поддержания режима устойчивого горения сжатой дуги на малых токах необходим источник питания с вертикальным участком вольтамперной характеристики.

2. Определены дополнительные требования к источнику питания сжатой дуги на малых токах: высокое быстродействие, безынерционный процесс уста-

новления заданного тока дуги, приемлемые массогабаритные показатели и способность оперативно изменять уставку тока дуги.

3. Тиристорные регуляторы не обладают достаточным быстродействием, чтобы противодействовать изменению напряжения, вызванным газодинамическими возмущениями.

4. ИЕП способен обеспечить вертикальную вольтамперную характеристику, однако он обладает низким быстродействием, имеет высокие массогабаритные показатели и не способен обеспечить оперативное изменение уставки тока дуги.

5. Установлено, что наилучшим вариантом реализации источника питания сжатой дуги на малых токах, удовлетворяющим поставленным требованиям, является источник питания с импульсным регулятором напряжения.

6. Предложена структура источника питания, представляющая собой одноконтурную замкнутую систему автоматического регулирования с обратной связью по току.

7. В маломощных установках наилучшим является способ бесконтактного поджига с ИЗУ последовательного включения.

8. В маломощных установках плазменного розжига предпочтительно использовать плазматрон косвенного действия, работающий на постоянном токе с вихревой стабилизацией. Плазмообразующий газ - воздух.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

2.1. Экспериментальное исследование сжатой электрической дуги в канале плазматрона

Идентификация сжатой электрической дуги в канале плазматрона, как объекта регулирования САР, является важной самостоятельной задачей, от точности решения которой зависят результаты расчета параметров остальных элементов САР.

Сжатая дуга в канале плазматрона подвержена воздействию внешних помех в виде газодинамических возмущений. Результатом этого процесса является изменение напряжения на дуге. Задачи идентификации подобных объектов четко разделяются на два типа: общие фундаментальные исследования состояния и конкретные задачи по измерению значений одного-двух параметров, позволяющих достаточно точно контролировать ситуацию, в русле каких-либо прикладных интересов [45]. В контексте озвученной проблемы задача идентификации сжатой дуги относится ко второму типу. Для того, чтобы САР могла эффективно противодействовать изменениям напряжения на дуге, вызванным газодинамическими возмущениями, необходимо определить характер этих изменений.

Первоначальным этапом решения поставленной задачи является проведение экспериментальных исследований, целью которых можно считать получение достоверной информации о происходящих на сжатой дуге процессах.

Качественная картина физических процессов, происходящих в сжатых дугах различного вида, неизменна. Однако в зависимости от совокупности определенных факторов те или иные особенности могут быть выражены в различной степени. К таким факторам, прежде всего, следует отнести параметры источника питания дуги, ее ток, поток продуваемого через плазматрон воздуха, а также конструкцию самого плазматрона [46]. При анализе результатов экспериментальных исследований необходимо учитывать влияние всех вышеуказанных факторов.

Для выявления статических и динамических характеристик сжатой дуги были проведены следующие эксперименты. В качестве источника питания использовалось выпрямительное устройство с неуправляемым выпрямителем, питающееся от трехфазной сети переменного напряжения 220 В. Его электрическая принципиальная схема представлена на рисунке 2.1. Напряжение холостого хода источника питания составило 530 В, что позволило получить крутопадающую вольтамперную характеристику, а также исключить ограничение напряжения на горящей дуге вследствие недостаточного напряжения источника питания.

В специально сконструированный плазматрон с вихревой стабилизацией подавался плазмообразующий газ - воздух. Без потока газа в результате возникновения свободной конвекции форма дуги непрерывно меняется, а места привязки дуги к электродам хаотически перемещаются по их поверхности. Использование вихревой стабилизации позволяет создать искусственные условия для того, чтобы дуга находилась вблизи оси канала и не касалась стенок плазматрона, тем самым упорядочивая ее движение и снижая ее хаотические колебания [46].

Рисунок 2.1 - Экспериментальный источник питания сжатой дуги

Дуговой разряд между электродами плазматрона инициировался их кратковременным контактным замыканием графитовым стержнем. Эксперименты проводились при различных средних значениях тока при полном и уменьшенном расходе воздуха, продуваемого вентилятором через плазматрон. Расход воздуха регулировался положением воздушной заслонки. Ток регулировался изменением сопротивления балластного резистора [47].

Регистрация процессов выполнялась с помощью цифрового запоминающего осциллографа RIGOL DS1022CA. Обработка записанной на осциллографе раз-

вертки сигналов производилась с помощью встроенного в осциллограф программного обеспечения, в результате чего были получены осциллограммы токов и напряжений на сжатой дуге.

На рисунке 2.2 представлены осциллограммы токов и напряжений на сжатой дуге при среднем значении тока 5 А при полном и уменьшенном расходе воздуха. Ось напряжения на рисунке направлена вверх и имеет цену деления 100 В/дел, ось тока направлена вниз и имеет цену деления 2 А/дел [47].

Щ), 1(0

[/(/),/(0

10

20

Щ)

а

™«г

30

40

т.

50

мс

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Воронов, АнтонЮрьевич

Выводы

1. Разработана маломощная установка плазменного розжига. Установка создана на основе существующего горел очного устройства Olympia ОМ-1, предназначенного для работы на жидком углеводородном топливе.

2. Разработано импульсно-зажигающее устройство, обеспечивающее стабильный первоначальный и повторный пробой дугового промежутка и устойчивый запуск источника питания. Преимуществом предложенной схемы является отсутствие дополнительных сигналов с источника питания о состоянии дуги.

3. Разработана принципиальная схема источника питания сжатой дуги, позволяющий интегрировать его в горелочное устройство Olympia ОМ-1.

4. Предложен алгоритм работы источника питания, обеспечивающий повышение эффективности розжига топлива. Первоначальный розжиг происходит при увеличенном токе дуги, после чего ток автоматически снижается до тока уставки.

5. Разработан специализированный плазматрон косвенного действия с воздушной вихревой стабилизацией, предназначенный для работы в составе установки плазменного розжига.

6. Произведена проверка результатов теоретических расчетов и математического моделирования на разработанной установке плазменного розжига. В результате параметрической оптимизации регулятора тока удалось уменьшить пульсации тока в контуре САР, что значительно снизило частоту возникновения обрыва дуги.

7. Установлено, что разработанная установка плазменного розжига обеспечивает надежный розжиг топливной смеси, состоящей из отработанного масла и соляры в пропорции 1:1, при температуре 10 °С. При смешивании отработанного масла с соляром в пропорции 2:1 смесь необходимо нагревать до 40 °С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе диссертационных исследований получены следующие основные результаты, имеющие научную новизну, самостоятельное научное и практическое значение и отличные от результатов, полученных другими авторами.

1. Предложена математическая модель сжатой электрической дуги в канале плазматрона, учитывающая ее статические и динамические свойства. Получена передаточная функция формирующего фильтра, позволяющего моделировать пульсации напряжения на сжатой дуге. Установлен диапазон спектральной плотности напряжения на сжатой дуге, оказывающий наибольшее влияние на вид переходных процессов.

2. Разработаны методики синтеза и параметрической оптимизации регулятора тока системы автоматического регулирования. Предложен способ параметрической оптимизации регулятора тока по критерию минимума среднеквадрати-ческой ошибки по току с учетом ее спектральной составляющей.

3. Рассмотрены различные варианты реализации источника питания сжатой дуги, выявлены их достоинства и недостатки применительно к рассматриваемой задаче. Разработана структура системы автоматического регулирования, ее математические модели в системах Matlab и Proteus, позволяющие исследовать режимы работы САР с учетом динамических характеристик объекта исследования и схемотехнических особенностей реальной системы.

4. Предложен и реализован алгоритм работы источника питания, обеспечивающий улучшение эффективности розжига топлива и сохранение ресурса работы плазматрона за счет увеличения тока дуги в начальный момент розжига.

5. Разработано импульсно-зажигающее устройство, обеспечивающее стабильный первоначальный пробой дугового промежутка и устойчивый запуск источника питания, а также автоматический повторный пробой в случае обрыва дуги. Преимуществом предложенной схемы является отсутствие необходимости дополнительных сигналов о состоянии дуги для повторного пробоя.

6. Разработана установка плазменного розжига на основе горелочного устройства Olympia ОМ-1, обеспечивающая надежное воспламенение и сжигание таких трудновоспламеняемых жидких углеводородных топлив, как отработанное масло и обводненный мазут.

Диссертация, ее автореферат и публикации автора могут быть использованы организациями, которые выполняют разработку и проектирование установок автономного теплоснабжения. Эти материалы рекомендуются также студентам, магистрантам и аспирантам для использования в курсовом и дипломном проектировании.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воронов, АнтонЮрьевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воронов, А.Ю. Повышение эффективности розжига жидкого углеводородного топлива за счет применения плазменного розжига / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Молодежь и научно-технический прогресс: материалы регион, науч.-технич. конф. 4.1. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. - С. 245-247.

2. Романовский, Г.Ф. Плазменное воспламенение и сжигание топлив в судовых установках / Г.Ф. Романовский. - Л. Судостроение, 1986. - 88 с.

3. Жуков, М.Ф. Прикладная динамика термической плазмы / М.Ф. Жуков, В.А. Коротеев, Б.А. Урюков. - Новосибирск: Наука, 1975. - 300 с.

4. Достовалов, В.А. Газодинамическое управление термической плазмой / В.А. Достовалов. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004. - 230 с.

5. Милютин, B.C. Источники питания для сварки / B.C. Милютин, М.П. Шалимов, С.М. Шанчуров. -М.: Айрис-Пресс, 2007. - 384 с.

6. Генераторы низкотемпературной плазмы / Коротеев A.C., Костылев A.M., Коба В.В. [и др.]. - М.: Наука, 1969. - 128 с.

7. Жуков, М.Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) / М.Ф. Жуков, В.Я. Смоляков, Б.А. Урюков. - М.: Наука, 1973. - 232 с.

8. Чередниченко, B.C. Плазменные электротехнологические установки / B.C. Чередниченко, А. С. Аныиаков, М.Г. Кузьмин. - Новосибирск: НГТУ, 2005. -508 с.

9. Браткова, О.Н. Источники питания сварочной дуги / О.Н. Браткова. - М.: Высш. шк., 1982.-182 с.

10. Рабинович И.Я. Оборудование для дуговой электрической сварки. Источники питания / И.Я. Рабинович. - М.: Машгиз, 1958. - 380 с.

11. Иванов, В.А. Генераторы дугового разряда нового поколения ПРИМА для спектрального эмиссионного анализа элементарного состава веществ / В.А. Иванов, B.C. Сухомлинов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2007.-№6 (Т. 73).-С. 18-21.

12. Электродуговые плазмотроны, под ред. М.Ф. Жукова. - Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1980. - 84 с.

13. Александров, А.Г. Источники питания для дуговой сварки / А.Г. Александров, B.C. Милютин. - М.: Машиностроение, 1982. - 80 с.

14. Зиновьев, Г.С. Основы силовой электроники. В 2 ч. Ч. 1. / Г.С. Зиновьев. -Новосибирск: НГТУ, 1999. - 199 с.

15. N. Mohan. Power Electronics / N. Mohan, Т. Undeland, W. Robbins. - USA, New Jersey: John Wiley and Sons, 2003. - 802 c.

16. Чиженко, И.М. Основы преобразовательной техники / И.М. Чиженко,

B.C. Руденко, В.И. Сенько. -М.: Высшая школа, 1974. - 346 с.

17. Бандура, Г. Российские силовые IGBT модули производства ОАО Контур / Г. Бандура, В. Пастухов // Силовая электроника. - 2007. - №1. - С. 28-31.

18. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И. Ме-лешин. - М.: Техносфера, 2006. - 632 с.

19. Поликарпов, А.Г. Импульсные регуляторы и преобразователи постоянного напряжения / А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. -80 с.

20. Северне, Р. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания / Р. Северне, Г. Блум; пер. с англ. под ред. Л.Е.Смольникова. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 293 с.

21. Готтлиб, И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы / И.М. Готтлиб; пер. с англ. А.Л. Ларина; под ред.

C.А. Лужанского. - М.: Постмаркет, 2002. - 544 с.

22. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства, под общ. ред. В.Г. Герасимова [и др.]. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. -518с.

23. Кувшинов, Г.Е. Основы электропривода / Г.Е. Кувшинов, К.В. Чупина. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002. - 221 с.

24. Милях, А.Н. Системы неизменного тока на основании индуктивно-емкостных преобразователей / А.Н. Милях, И.В. Волков. - Киев: Наук, думка, 1974.-216 с.

25. Милях, А.Н. Индуктивно-емкостные преобразователи источников напряжения в источники тока / А.Н. Милях, В.Е. Кубышин, И.Р. Волков. - Киев: Наук, думка, 1964. - 304 с.

26. Горовиц, А. М. Синтез систем с обратной связью / A.M. Горовиц; пер. с англ.; под ред. М.В. Меерова. - М.: Советское радио, 1970. - 600 с.

27.Лурье, Б.Я. Классические методы автоматического управления / Б.Я. Лурье, П. Д. Энрайт; под ред. А. А. Ланнэ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 640 с.

28. Цыпкин, Я.З. Основы теории автоматических систем / Я.З. Цыпкин. -М.: Наука, 1977.-560 с.

29. Теория автоматического управления, под ред. В. Б. Яковлева. — М.: Высш. шк., 2003. - 567 с.

30. Новиков, О.Я. Математические методы исследования динамики и проблемы управления низкотемпературной плазмой / О.Я. Новиков, В.Ф. Путько,

B.В. Танаев [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1991. - 257 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 2).

31. Методы классической и современной теории автоматического управления: В 5 т. Т. 1. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления, под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 656 с.

32. Методы классической и современной теории автоматического управления: В 5 т. Т. 3. Синтез регуляторов систем автоматического управления / под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 616 с.

33. Воронов, А.Ю. Система автоматического регулирования тока сжатой электрической дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Современные технологии. Системный Анализ. Моделирование. - 2011. - № 2 (30). -

C. 112-115.

34. Воронов, А.Ю. Математическая модель системы автоматического регулирования тока сжатой электрической дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады VII Всероссийской науч.-технич. конф. - Тула: Инновационные технологии, 2010.-С. 83-85.

35. Клименко, Г. К. Конструкции электродуговых плазмотронов. Электронное учебное издание / Г.К. Клименко, A.A. Ляпин [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wwwcdl.bmstu.m/e8/lyapin/konstrukcii_electrodugovih_plazmotronov_ LIAPIN.pdf.

36. Автоматическое управление электротермическими установками / А. М. Кручинин, К. М. Махмудов, Ю. М. Миронов [и др.]; под ред. А.Д. Свенчанского. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 416 с.

37. Оборудование для дуговой сварки, под ред. В.В. Смирнова. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 656 с.

38. Александров, А.Г. Эксплуатация сварочного оборудования / А.Г. Александров, И.И. Заруба, И.В. Пиньковский. - Киев: Будивэльнык, 1990. - 224 с.

39. Сварка в машиностроении. В 4 ч. Ч. 4, под ред. Ю. Н. Зорина. - М.: Машиностроение, 1979. - 512 с.

40. Дресвин, C.B. ВЧ и СВЧ плазматроны / С. В. Дресвин, А. А. Бобров, В. М. Лелёвкин [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1992. - 319 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 6).

41. Физика и техника низкотемпературной плазмы / C.B. Дресвин, A.B. Донской, В.М. Гольдфарб, B.C. Клубникин. - М.: Атомиздат, 1972. - 352 с.

42. Николаев, A.B. Плазменно-дуговой нагрев вещества / A.B. Николаев // Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов / под ред. Б.Е. Патона. - М: Наука, 1973.- С. 20-32.

43. Коротеев, A.C. Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет / A.C. Коротеев, В.М. Миронов, Ю.С. Свирчук. - М.: Машиностроение, 1993. -296 с.

44. Жуков, М.Ф. Электродуговые генераторы термической плазмы / М.Ф. Жуков, И.М. Засыпкин, А.Н. Тимошевский [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1999. -712 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 17).

45. Новиков, О.Я. Устойчивость электрической дуги / О.Я. Новиков. - Л.: Энергия, 1978.- 168 с.

46. Моделирование и методы расчета физико-химических процессов в низкотемпературной плазме, под ред. Л.С. Полака. - М.: Наука, 1974 - 209 с.

47. Воронов, А.Ю. Математическая модель электрической дуги плазматрона / А.Ю. Воронов, В. А. Герасимов //Вестник ТОГУ.- 20 ll.-№ 1 (20). - С. 13-20.

48. Воронов, А.Ю. Исследование характеристик сжатой электрической дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Молодежь и научно-технический прогресс: материалы регион, науч.-технич. конф., Ч. 1. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. - С. 247-248.

49. Самервилл, Дж.М. Электрическая дуга / Дж.М. Саммервил. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 120 с.

50. Теория столба электрической дуги / B.C. Энгелынт, В.Ц. Гурович, Г.А. Десятков [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1990. - 376 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 1).

51. Финкельнбург, В. Электрические дуги и термическая плазма / В. Фин-кельнбург, Г. Меккер; под ред. В.А. Фабриканта. - М.: ИЛ, 1961. - 369 с.

52. Грановский, В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток / В.Л. Грановский. - М.: Наука, 1971. - 490 с.

53. Даутов, Г.Ю. Некоторые обобщенные исследования электрических дуг / Г.Ю. Даутов, М.Ф. Жуков // Журнал прикладной механики и технической физики. -1965.-№2.-С. 97-105.

54. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - СПб.: Профессия, 2004. - 752 с.

55. Зайцев, Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования / Г.Ф. Зайцев. - Киев: Выща шк., 1989. - 431 с.

56. Катханов, М. Н. Теория судовых автоматических систем / М.Н. Катха-нов. - Л.: Судостроение, 1985. - 376 с.

57. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко. - СПб.: Питер, 2003. - 604 с.

58. Шахтарин, Б.И. Методы спектрального оценивания случайных сигналов / Б.И. Шахтарин, В.А. Ковригин. - М.: Гелиос, 2005. - 248 с.

59. Кувшинов, Г. Е. Системы управления глубиной погружения буксируемых объектов / Г.Е. Кувшинов, JI.A. Наумов, К.В. Чупина. - Владивосток: Даль-наука, 2006. - 312 с.

60. Воронов, А.Ю. Электрическая дуга в канале плазматрона при случайных газодинамических возмущениях / А.Ю. Воронов, В.А Герасимов // Радиоэлектроника, информатика, электротехника: материалы науч. конф. Вологдинские чтения. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. - С. 95.

61. Воронов, А.Ю. Математическая модель сжатой электрической дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А Герасимов // Радиоэлектроника, информатика, электротехника: материалы науч. конф. Вологдинские чтения. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. -С. 97-98.

62. Солодовников, В. В. Статистический анализ объектов регулирования / В.В. Солодовников, A.C. Усков. - М.: Машгиз, 1960. - 132 с.

63. Бондарев, В.Н. Цифровая обработка сигналов: методы и средства /В.Н. Бондарев, Г. Трестер, B.C. Чернега. - Харьков: Конус, 2001. - 398 с.

64. Рабинер, Л. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Ра-бинер, Б. Гоулд; под ред. Ю.Н. Александрова. - М.: Мир, 1978. - 846 с.

65. Голд, Б. Цифровая обработка сигналов / Б. Голд, Ч. Рэйдер; под ред. Трахтма-на. - М.: Советское радио, 1973. - 368 с.

66. Прохоров, С.А. Аппроксимативный анализ случайных процессов / С.А. Прохоров. - Самара: Самар. гос. аэрокосм, ун-т, 2001. - 380 с.

67. Прикладной анализ случайных процессов / под ред. Прохорова С.А. -Самара: СНЦ РАН, 2007. - 582 с.

68. Прохоров, С.А. Математическое описание и моделирование случайных процессов / С.А. Прохоров. - Самара: Самар. гос. аэрокосм, ун-т, 2001. - 209 с.

69. Воронов, А.Ю. Исследование математической модели сжатой электрической дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады VII Всероссийской науч.-технич. конф. - Тула: Инновационные технологии, 2010. - С. 85-87.

70. Дьяконов, В.П. Компьютерная математика. Теория и практика / В.П. Дьяконов. -М: Нолидж, 2001. - 1296 с.

71. Дьяконов, В.П. MATLAB 6: учебный курс / В.П. Дьяконов. - СПб.: Питер, 2001.-592 с.

72. Дьяконов, В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании / В.П. Дьяконов. - М.: COJIOH-Пресс, 2005. - 576 с.

73. Черных, И.В Simulink: среда создания инженерных приложений / И.В. Черных; под общ. ред. В.Г. Потемкина. - М.: Диалог-МИФИ, 2003. - 496 с.

74. Гультяев, А. Визуальное моделирование в среде MATLAB / А. Гультяев. - СПб.: Питер, 2000. - 429 с.

75. Лукас, В.А. Теория автоматического управления / В.А. Лукас. - М.: Недра, 1990.-416 с.

76. Турецкий, X. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием / X. Турецкий; пер. с польского А.Н. Дмитриева. -М., Машиностроение, 1974. - 328 с

77. Титов, Н.И. Моделирование систем с запаздыванием / Н.И. Титов, В.К. Успенский. - Л.: Энергия, 1969. - 97 с.

78. Мелешин, В.И. Получение непрерывной линейной модели силовой части импульсного преобразователя как начальный этап проектирования его динамических свойств / В.И. Мелешин // Электричество. - 2002. - №10. - С. 38-43.

79. Белов, Г.А. Динамика импульсных преобразователей / Г.А. Белов. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2001. - 538 с.

80. Воронов, A.A. Основы теории автоматического регулирования и управления / А.А Воронов, В.К. Титов, Б.Н. Новогранов. - М.: Высш. шк., 1977. -519 с.

81. Теория автоматического управления. В 2 ч. Ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления / H.A. Бабаков, A.A. Воронов, A.A. Воронова [и др.]; под ред. A.A. Воронова. - М.: Высш. шк., 1986. - 367 с.

82. Попов, Е. П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления / Е.П. Попов. - М.: Наука, 1989. - 304 с.

83. Солодовников, В.В. Теория автоматического управления техническими системами / В.В. Солодовников, В.Н. Плотников, A.B. Яковлев. - М.: МГТУ, 1993.-492 с.

84. Анхимюк, В.Л., Опейко О.Ф., Михеев H.H. Теория автоматического управления / В.Л. Анхимюк, О.Ф. Опейко, H.H. Михеев - Минск: Дизайн ПРО, 2000.-352 с.

85. Шипилло, В. И. Автоматизированный вентильный электропривод / В.И. Шипилло. - М.: Энергия, 1969. - 400 с.

86. Автоматизированный электропривод промышленных установок / Г.Б. Онищенко, М.И. Аксенов, В.П. Грехов [и др.]; под общ. ред. Г.Б. Онищенко. - М.: РАСХН, 2001.-520 с.

87. Ковриго, Ю.М. Математическое моделирование систем автоматического регулирования с учетом ограничений на управление в пакете MATLAB / Ю.М. Ковриго, Б.В. Фоменко, И.А. Полищук // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - Херсон: ХНТУ, 2007. - №2 (20) - С. 21-28.

88. Воронов, А.Ю. Исследование модели системы автоматической стабилизации тока дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Радиоэлектроника, информатика, электротехника: материалы науч. конф. Вологдинские чтения. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. - С. 96.

89. Воронов, А.Ю. Регулирование тока сжатой дуги в канале плазматрона / А.Ю. Воронов, В.А. Герасимов // Известия Томского политехнического университета. - 2011. -№ 4 (т. 319). - С. 131-135.

90. Куропаткин, П.В. Теория автоматического управления / П.В. Куропат-кин. - М.: Высшая школа, 1973. - 526 с.

91. Черноруцкий, И.Г. Методы оптимизации в теории управления / И.Г. Черноруцкий. - СПб.: Питер, 2004. - 256 с.

92. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.

93. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш, Ю.И. Драбович, H.H. Юрченко, П.Н. Шевченко. - М.: Радио и связь, 1988. - 288 с.

94. Тетельбаум, И.М. Практика аналогового моделирования динамических схем / И.М. Тетельбаум, Ю.Р. Шнейдер. - М.: Энергоатомиздат, 1987 - 384 с.

95. Тетельбаум, И.М. 400 схем для АВМ / И.М. Тетельбаум, Ю.Р. Шнейдер. - М.: Энергия, 1978. - 248 с.

96. Гельман, М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем / М.М. Гельман. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 320 с.

97. Филиппов, А.Г. Микропроцессорные системы и микроЭВМ в измерительной технике / А.Г. Филиппов, A.M. Аужбикович, В.М. Немчинов [и др.]; под ред. А.Г. Филиппова. -М.: Энергоатомиздат, 1995. - 368 с.

98. Дьяконов, В.П. Применение персональных ЭВМ и программирование на языке Бэйсик / В.П. Дьяконов. -М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

99. Дьяконов, В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бэйсик для персональных ЭВМ / В.П. Дьяконов. -М.: Наука, 1989. - 240 с.

100. Глинченко, A.C. Цифровая обработка сигналов. В 2 ч. Ч. 1 / A.C. Глин-ченко. - Красноярск: Из-во КГТУ, 2001. - 199 с.

101. Дёч, Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования / Г. Дёч; пер. с немецкого Г.А. Вольперта. - М.: Наука, 1971.-288 с.

102. Куо, Б. Теория и проектирование цифровых систем управления / Б. Куо; под ред. П.И. Попова. - М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.

103. Анучин, A.C. Реализация на микроконтроллере TMS320x24xx ПИ-регулятора повышенной точности для электропривода / A.C. Анучин // Труды МЭИ. Электропривод и системы управления. - 2002. - Вып. 678. - С.42-48.

104. Евстигнеев, A.B. Микроконтроллеры AVR семейства Mega / A.B. Евстигнеев. -M.: Додэка-XXI, 2007. - 592 с.

105. Тарасов, И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС XILINX с применением языка VHDL / И.Е. Тарасов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2005. -252 с.

106. Руководства по пользованию жидкотопливных горелок Olympia [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.olympiaburner.co.kr/eng/download /sub_02.html.

107. Стюарт Болл Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров / Стюарт Болл Р. - М.: Додэка-XXI, 2007. - 362 с.

108. Пат. 2402891 Российская Федерация, МКП H 05 H 1/36, F 23 N 5/08. Устройство для формирования дугового разряда / Герасимов В.А., Воронов А.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ДВГТУ. - № 2009129724/06; заявл. 03.08.2009; опубл. 27.10.2010. -Бюл. № 30.