ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТОКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к генераторам импульсного технологического тока для станков, обеспечивающих высокочастотную электрохимическую размерную обработку (ЭХРО) лопаток турбин компрессоров.
Модульные низкопрофильные генераторы технологического тока обеспечивают формирование высокочастотной энергии высокой плотности (сотен кВт… единиц МВт в импульсе) в зоне анодного растворения материала заготовки лопатки газотурбинного двигателя.
Известен генератор униполярных импульсов для реализации способа ЭХРО, состоящий из рабочего генератора и генератора отсекающих импульсов. В рабочем генераторе выход понижающего трансформатора через управляемый выпрямительный мост и силовой тиристор соединен с межэлектродным промежутком. В генераторе отсекающих импульсов зарядное устройство с фильтром через зарядный тиристор соединено с коммутационным конденсатором, который через коммутирующий тиристор соединен с силовым тиристором рабочего генератора [1].
К недостаткам известного генератора следует отнести значительные активные потери в генераторе и неоптимальную длительность переднего фронта импульсов, которая не должна превышать значения 100 мкс, для получения необходимых требований по качеству поверхности после ЭХРО.
Известен также источник технологического тока станка для электрохимической обработки [2], выполненный на основе силового блока, включающего трехфазный выпрямитель, выход которого подключен ко входу управляемого инвертора, в свою очередь подключенного к входу силового высокочастотного трансформатора и далее - к вторичному силовому выпрямителю. Через шины токоподводов, соединяющие выход источника технологического тока, энергия высокой плотности передается на нагрузку. При этом длина шин токоподводов зависит от геометрических размеров генераторов технологического тока и может достигать нескольких метров.
Наиболее близким к заявляемому генератору по технической сущности является источник технологического тока, в основу которого положена схема удвоителя тока [3], включающего источник напряжения, силовой высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого через два дросселя, диоды и конденсатор подключена к нагрузке.
Недостатками указанного источника технологического тока являются:
- потери энергии на дросселях и токоподводах, возрастающие при увеличении их длины, так как потери связаны примерной квадратичной зависимостью с длиной шин токоподводов;
- качественное и количественное сужение энергетического и частотного диапазонов передаваемой высокочастотной энергии при увеличении длины токоподводов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача снижения потерь энергии и устранения изменений энергетического и частотного диапазонов передаваемой высокочастотной энергии, ухудшающих параметры высокочастотной размерной обработки лопаток газотурбинных двигателей, существенное уменьшение расстояния между генератором импульсного технологического тока для электрохимической размерной обработки и электродами-инструментами.
Поставленная задача решается тем, что в генераторе импульсного технологического тока для электрохимической размерной обработки, включающем управляемый инвертор, высокочастотный силовой импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого своими контактами через диоды и дроссели подключена к электродам-инструментам, параллельно которым подсоединены конденсаторы, обеспечивающие режим двойного резонанса по условиям оптимальной передачи энергии через магнитное поле высокочастотного силового импульсного трансформатора, отличающийся тем, что в качестве дросселей использованы шины токоподводов, а магнитопровод высокочастотного силового импульсного трансформатора выполнен из нанокристаллического сплава ГМ 414 кл. 2.
На чертеже изображена схема предлагаемого генератора импульсного технологического тока для электрохимической размерной обработки.(фиг.).
Генератор технологического тока, подключенный к общепромышленной силовой сети 380 V и частотой 50 Гц, содержит трехфазный полу управляемый выпрямитель 1, к выходам которого подключен управляемый инвертор 2, формирующий пакеты импульсов напряжения миллисекундного диапазона из прямоугольных импульсов напряжения несущей частоты микросекундного диапазона и осуществляющий модуляцию тока в первичной обмотке низкопрофильного высокочастотного силового импульсного трансформатора 3 с магнитопроводом из общеизвестного [4] нанокристаллического сплава ГМ 414 кл. 2 выполненного согласно ТУ 1261-030-12287107-2007, в свою очередь подключенного к выходу частотного инвертора 2.
Штампованная одновитковая вторичная обмотка высокочастотного импульсного силового трансформатора 3 через реактивные элементы дросселей 4, 5, а также диод 6 подключена к нагрузке 7 (электродам-инструментам), параллельно которой подключены батарея резонансных конденсаторов 8. В качестве реактивных элементов - дросселей 4, 5 использованы шины токоподводов.
Характеристики и количество конденсаторов 8 (емкость, напряжение, ток и тангенс угла диэлектрических потерь на рабочей частоте управляемого инвертора 2) определяются режимами их работы, необходимыми для оптимальной передачи энергии через высокочастотный импульсный силовой трансформатор 3.
Генератор технологического тока работает следующим образом.
Напряжение трехфазной сети 380 V поступает на полууправляемый трехфазный выпрямитель 1 и преобразуется в постоянное напряжение с действующим значением порядка 540 V.
Это напряжение поступает на управляемый инвертор 2, преобразующий напряжение 540 V в последовательность импульсов микросекундного диапазона с длительностью около 10 мкс и минимальной скважностью порядка 2,4.
Из этой последовательности микросекундных импульсов под управлением блока контроля и управления (на чертеже не показан) формируются пакеты импульсов с длительностью миллисекундного диапазона, являющейся сложной функцией технологического процесса ЭХРО.
Длительности и скважность пакетов миллисекундного диапазона лежат в пределах от 300 мкс до 3 мс.
Последовательность миллисекундных импульсов на несущей частоте микросекундного диапазона поступает затем на низкопрофильный силовой высокочастотный импульсный трансформатор 3 и далее через реактивные элементы дросселей 4, 5, а также диод 6 подключена к нагрузке 7 (электродам-инструментам), параллельно которой подключены батарея резонансных конденсаторов 8, обеспечивающих условия двойного резонанса.
Таким образом, высокочастотная энергия высокой плотности пакетами передается через магнитное поле низкопрофильного силового импульсного трансформатора 3, магнитопровод которого выполнен из вышеупомянутого нанокристаллического сплава, пакетами миллисекундной длительности биполярных импульсов несущей частоты микросекундного диапазона длительностей. При этом регулируемая длительность пакетов биполярных импульсов соизмерима со временем установления электродных потенциалов для соответствующих материалов, а импульсы тока обратной полярности способствуют повышению производительности и точности ЭХРО при одновременном существенном уменьшении шероховатости (до 0,2 мкм).
В качестве примера приводится энергетический и частотный диапазон импульсов напряжения/тока, формируемых предлагаемым генератором для
2
обработки профиля лопатки площадью 333 см для газотурбинного двигателя и подводимых в зону обработки к электродам-инструментам:
- диапазон напряжений импульсов несущей частоты и пакетов импульсов 5…40V;
- диапазон токов прямоугольных импульсов несущей частоты и пакетов импульсов 5…50 кА;
- длительность импульсов несущей частоты 10 мкс;
- длительность фронта/спада импульсов несущей частоты 2 мкс;
- диапазон скважностей пакетов импульсов 3…1000.
Технический результат предлагаемого генератора технологического тока заключается в устранении изменений энергетического и частотного диапазонов передаваемой высокочастотной энергии, уменьшении (в сотни раз) потерь энергии на шинах токоподводов, существенное уменьшение (в десятки раз) расстояния между генератором и электродами-инструментами, а также в получении необходимого согласования выходных импедансных характеристик генератора технологического тока и комплексной нагрузки в виде электрохимической ячейки, образованной электродами-инструментами, камерой давления, заполненной раствором электролита и обрабатываемой деталью - лопаткой газотурбинного двигателя.
Использованные источники информации:
1. Патент РФ №2177391 МПК В23Н 3/00
2. Функциональная схема и краткое описание работы силового блока импульсных источников "ГОРН", www.power2000.ru
3. Laszlo Balogh. The Current-Doubler Rectifier: An Alternative Rectification Technique For Push-Pull And Bridge Converters, DN-63, Unitrode Corporation. Texas Instruments Incorporated, 1999
4. www.Gamamett.ru