КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к коммутирующим устройствам, и может быть использована в однофазных источниках питания переменного тока при электрохимической обработке (ЭХО) для устранения намагниченности трансформатора во время пауз между рабочими импульсами.
Качество поверхностного слоя деталей при электрохимической размерной обработке (ЭХО) определяется многими сопутствующими факторами, среди которых параметры плотности и формы тока. При импульсной обработке удается снизить шероховатость поверхности и повысить точность обработки детали, благодаря тому, что растворение материала происходит в течение коротких импульсов напряжения (от 0,1 до 5 мс), а во время паузы между импульсами производится полное удаление продуктов разрушения, водорода и тепла из межэлектродного зазора. В связи с намагниченностью трансформатора источника во время пауз между полезными импульсами также возникают нежелательные импульсы тока несколько меньшей амплитуды. Данное обстоятельство затрудняет обработку деталей, что требует применения дополнительных мер фильтрации тока обработки. После исчезновения рабочего напряжения с силового тиристора сердечник трансформатора остается намагниченным, что вызывает протекание тока через первичную обмотку трансформатора и коммутирующий тиристор даже при запирающем на нем напряжении до снижения тока - до тока удержания тиристора. Это состояние сердечник импульсного трансформатора будет сохранять до прихода импульса противоположной полярности, который перемагнитит сердечник. Поскольку прямоугольность петли гистерезиса известных ферромагнитных сердечников не идеальна, переход из точки насыщения в точку остаточной намагниченности сопровождается небольшим перепадом индукции и соответственно импульсом помехи малой длительности, что отрицательно сказывается на качестве обрабатываемой поверхности детали. Устройству, отфильтровывающему этот нежелательный импульс, и посвящена данная разработка.
Известно коммутирующее устройство от одностороннего насыщения трансформатора, выполненное в виде четырехплечего моста с управляемыми ключами в плечах, в котором вершины первой диагонали подсоединены к выводам для источника питания, а к вершинам второй диагонали моста подсоединена первичная обмотка выходного трансформатора (Патент на полезную модель RU 87586 от 19.01.2009, опубл. 10.10.2009, МПК Н02М 7/5383).
Недостатками данного устройства являются ограниченная область применения данного устройства, связанная с подключением ключей с проводимостью в одном направлении, низкая эффективность по устранению остаточной намагниченности трансформатора из-за последовательного соединения ключей, а так же отсутствие выпрямления переменного тока.
Наиболее близким является устройство, содержащее, по меньшей мере, один ключевой элемент и схему управления (Патент на изобретение RU 2455727 от 01.11.2010, опубл. 10.07.2012 бюл. №19, МПК H01L 25/07).
Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности по устранению остаточной намагниченности при двуполярных сигналах, так как при отрицательном напряжении на стоке относительно истока высокое сопротивление МДП - транзисторов. Отсутствие обратной связи по напряжению делает невозможным отслеживание реального напряжения сток/исток и тем самым схема управления не может точно отследить момент открытия транзисторов для устранения остаточной намагниченности трансформатора, что снижает эффективность работы данного устройства.
Техническим результатом заявляемого устройства является устранение остаточной намагниченности трансформатора при двуполярных сигналах, повышение коэффициента мощности однофазных выпрямителей с нулевым выводом, а также снижение постоянной составляющей между рабочими импульсами в однофазных регулируемых выпрямителях.
Технический результат достигается тем, что коммутирующее устройство содержит, по меньшей мере, один ключевой элемент и схему управления.
Новым в полезной модели является то, что ключевой элемент, содержащий последовательно соединенные ограничительный резистор и IGBT-транзистор, соединен последовательно с диодным выпрямителем, который, в свою очередь, соединен с силовой линией и параллельно со схемой защиты от перенапряжений, координирующей работу схемы управления, обеспечивающей необходимую блокировку ключевого элемента, и снабженную источником питания DC/DC типа.
На фигурах показаны:
фиг.1 - Коммутирующее устройство;
фиг.2 - Диаграмма напряжений на нагрузке без коммутирующего устройства и с коммутирующим устройством.
Коммутирующее устройство содержит, по меньшей мере, один ключевой элемент 1 и схему управления 2 (Фиг.1).
Ключевой элемент 1 содержит последовательно соединенные ограничительный резистор 3 и IGBT-транзистор 4. Ключевой элемент 1 соединен последовательно с диодным выпрямителем 5, который, в свою очередь, соединен с силовой линией 6 и параллельно со схемой защиты от перенапряжений 7. Диодный выпрямитель 5 выполнен по мостовой схеме.
Схема защиты от перенапряжений 7 координирует работу схемы управления 2, которая так же обеспечивает необходимую блокировку ключевого элемента 1, а именно IGBT-транзистора 4.
Схема управления 2 соединена с тиристорным регулятором напряжения источника питания, включенным встречно-параллельно в силовую цепь трансформатора и снабжена источником питания 8, который выполнен по схеме типа DC/DC.
Силовая линия 6, связанная с первичной обмоткой трансформатора, подключается к коммутирующему устройству через автоматический выключатель 9, предназначенный для подключения и отключения коммутирующего устройства и защиты его от перегрузки по току.
Коммутирующее устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии коммутирующее устройство замкнуто. Коммутирующее устройство отключается в момент прихода сигнала управления от тиристорного регулятора напряжения и до момента перехода напряжения на силовой линии 6 через ноль.
В паузах между импульсами электрического тока напряжение остаточной намагниченности поступает по силовой линии 6 от трансформатора к коммутирующему устройству через автоматический выключатель 9.
При этом схема защиты от перенапряжений 7 отслеживает наличие рабочего напряжения на силовом трансформаторе, и запрещает работу коммутирующего устройства при наличии рабочего напряжения, блокируя импульсы управления на IGBT-транзистор 4 при помощи схемы управления 2 или разрешает работу коммутирующего устройства при отсутствии рабочего напряжения, открывая IGBT-транзистор 4, так же при помощи схемы управления 2.
После открытия IGBT-транзистора 4 происходит выпрямление напряжение первичной обмотки трансформатора при помощи диодного выпрямителя 5 для корректной работы ключевого элемента 1 и происходит шунтирование силовой линии 6 IGBT-транзистором 4. Сопротивление IGBT-транзистора 4 при этом снижается, и силовая линия 6 становится нагруженной на ограничительный резистор 3. Силовая линия 6 шунтируется в паузах между импульсами рабочего тока с момента перехода напряжения через ноль и до появления следующего импульса рабочего тока.
Таким образом, замыкание на омическую нагрузку при помощи ограничительного резистора 3 и IGBT-транзистора 4 первичной цепи трансформатора в паузах между импульсами рабочего тока обеспечивает размагничивание трансформатора, при этом напряжение между импульсами на выходе выпрямителя снижается и не превышает порога электрохимического растравливания 3-5 В, это уменьшает шероховатость обработанной поверхности при ЭХО в импульсном режиме.
При сравнении диаграмм напряжений на нагрузке без коммутирующего устройства и с коммутирующим устройством (фиг.2) выявлено снижение остаточной намагниченности трансформатора со средним остаточным напряжением намагниченности не более 3 В.
Благодаря тому, что ключевой элемент, содержащий последовательно соединенные ограничительный резистор и IGBT-транзистор, соединен последовательно с диодным выпрямителем, который, в свою очередь, соединен с силовой линией и параллельно со схемой защиты от перенапряжений, координирующей работу схемы управления, обеспечивающей необходимую блокировку ключевого элемента, и снабженную источником питания DC/DC типа, достигается устранение остаточной намагниченности трансформатора при двуполярных сигналах, повышение коэффициента мощности однофазных выпрямителей с нулевым выводом, а также снижение постоянной составляющей между рабочими импульсами в однофазных регулируемых выпрямителях.