3.1.4. Выбор источника энергии

При выборе источника тока необходимо учитывать, что в качестве матрицы используется фторопласт-4 обладающий температурой разложения (413°С) значительно меньше чем температура плавления меди (1084,5°С), то становится критична скорость нагрева - при невысокой скорости нагрева масса разложившегося фторопласта будет слишком велика.

С учетом этого требования необходимо использовать устройство (приспособление и т.д.), способное отдать большую мощность за очень малое время.

1. источники (генераторы) электрического тока - генераторы, гальванические элементы и т.п.;

2. накопители электрической энергии - катушки индуктивности и конденсаторы.

Рассмотрим их.

Генераторы электрического тока. При использовании источников (генераторов) электрического тока необходимо применять коммутационное устройство, которое будет подключать их на необходимое (желательно доли секунды) время и затем отключать от обрабатываемого образца (кроме установок непрерывного действия). Проведем ориентировочные расчеты для данных источников энергии на примере образца, рассчитанного выше. Определим общее электрическое сопротивление образца.

Сопротивление 1 нити при условии металлического контакта между частицами образующими нить -

проводника, м; S - площадь поперечного сечения проводника, I

где р - удельное сопротивление меди, р- 0.017*10"6 Ом*м;Ь-длина

Т.к. нити в электрической цепи включены параллельно, то при числе нитей N ~ 5200 шт. общее сопротивление образца будет

При времени пропускания тока t=l сек. подставляя значения Q, t и R в формулу (3.6) и выражая силу тока I, получим: 1=2192 А. Эти цифры были получены для идеальных условий образования нитей. В действительности же, сопротивление образца будет значительно выше, т.к. частицы меди покрыты оксидным слоем, слоем адсорбированных газов и т.д.

где /?0 - удельное сопротивление металла при t=0 °С; t - температура по шкале Цельсия.

Таким образом, даже при идеальных условиях образования нитей сопротивление образца при температуре плавления меди возрастет приблизительно в 5 раза, соответственно и необходимая сила тока составит приблизительно 1=983 А.

Конечно, предварительно рассчитанные значения необходимой силы тока вели, однако для уменьшения коммутируемой силы тока можно применить понижающие трансформаторы. При этом коммутируемая сила тока будет уменьшена на коэффициент трансформации напряжения, и если это значение будет равно 10, то максимальное коммутируемое значение составит приблизительно 200 А. При такой силе тока уже возможно применение электронных промышленных коммутационных приборов.

При использовании накопителей электрической энергии необходимо только замыкающее устройство, которое будет подключать накопитель электрической энергии к обрабатываемому образцу.

Накопители электрической энергии. Как указывалось выше, в качестве устройств для накопления электрической энергии возможно применение катушек индуктивности, конденсаторов и аккумуляторов. Рассмотрим их.

Конденсаторы. Рассмотрим параметры, характеризующие разряд конденсатора на активное сопротивление. На рисунок 3.1 [99] приведена схема разряда конденсатора С, заряженного до напряжения Uc, на активное сопротивление R. На рисунок 3.2 [99] показана зависимость изменения напряжения, а на рисунок 3.3 [99] изменения тока на конденсаторе в зависимости от времени.

Рисунок 3.3 - Временная зависимость изменения тока конденсатора на конденсаторе, при разряде на активное сопротивление по схеме указанной на

рисунок 3.1.

/ - начальная скорость изменения тока

Закон изменения напряжения на конденсаторе имеет следующий вид [99]:

В течение начального временного интервала t = г напряжение на конденсаторе возрастает до 0,63 Us.

Теоретически конденсатор никогда не зарядится до максимального напряжения, равного Us, Однако за время порядка 5 г напряжение на нем столь незначительно отличается от Us> что процесс заряда можно считать закончившимся и принять Uc

= US.

Заряженный конденсатор запасает энергию в виде электрического поля. Если полностью заряженный конденсатор включить в схему, приведенную на рисунок 3.1, то он начнет разряжаться через резистор и напряжение между его обкладками будет уменьшаться так, как показано на рисунок 3.2. На рисунок 3.3 приведен процесс изменения тока в той же цепи. Скорость уменьшения тока и напряжения, как и в предыдущем случае, определяется постоянной времени г = CR. В этом случае напряжение

в предположении, что начальное напряжение на конденсаторе равно Us. В течение начального временного интервала t = т напряжение и ток конденсатора уменьшатся до 0,37 начального значения. За следующий такой же временной интервал t = х напряжение и ток еще раз уменьшатся до 0,37 оставшегося значения и т.д. Теоретически конденсатор никогда полностью не разряжается, поэтому считается, что за время, примерно равное 5 г, напряжение и ток оказываются настолько малы, что их можно считать равными нулю.

Таким образом, при обеспечении небольшого сопротивления всей цепи время разряда конденсаторов будет очень малым.