ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ ТОКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
GENERATOR OF POWERFUL CURRENT PULSES FOR INTENSIFICATION OF METAL PLASTIC WORKING PROCESSES

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано для интенсификации технологических процессов обработки металлов за счет воздействия мощных токовых импульсов.
Известен генератор импульсных токов [1], который представляет собой зарядное устройство, разрядный контур, состоящий из батареи конденсаторов, нагрузки, двухэлектродного разрядника, спиральный генератор из двух обкладок, соединенных между собой управляющим коммутатором, причем одна обкладка спирального генератора включена в разрядный контур, а другая подключена к зарядному устройству.
Недостатком известного устройства является невозможность получения сильноточных импульсов тока высокой частоты следования из-за применяемой элементной базы (резисторы, тригатроны, тиратроны, спиральные генераторы).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа генератор мощных импульсов тока [2], содержащий зарядное устройство, конденсатор, подключенный к зарядному устройству через коммутирующее устройство, включающее устройство, нагрузку, включенную последовательно с конденсатором, генератор управляющих импульсов, усилитель мощности импульсов и блок защиты, соединенный с включающим устройством, усилителем мощности, коммутирующим устройством.
Недостатком известного объекта является тот факт, что генератор управляющих импульсов вырабатывает управляющие импульсы не сфазированные с сетью электрического питания, не управляет коммутирующим устройством, вследствие чего нет возможности складывать силовые импульсы в нагрузке от разных каналов для получения частоты до 3600 Гц, и амплитуда силовых импульсов вырабатывается без учета того, что зарядное устройство подает постоянное напряжение с пульсирующей составляющей - это приводит к снижению мощности генератора, точности обработки и уменьшает возможность обрабатывать металлы с диаметром профиля более 5 мм.
Задачей изобретения является получение силовых импульсов тока со строго заданными параметрами по амплитуде и возможности получения рабочих импульсов амплитудой до 30 кА и частотой до 3600 Гц, что позволит значительно увеличить диаметр обрабатываемых профилей металлов.
Для этого генератор мощных импульсов тока содержит зарядное устройство, конденсатор, подключенный к зарядному устройству через коммутирующее устройство, включающее устройство, нагрузку, соединенную последовательно с конденсатором, генератор управляющих импульсов, блок защиты и усилитель мощности управляющих импульсов, выходы усилителя мощности управляющих импульсов соединены с коммутирующим и включающим устройствами, при этом дополнительно содержит n каналов, подключенных по одной из групп и схем соединения силовых трансформаторов и параллельно к нагрузке, в каждом канале трансформатор генератора управляющих импульсов соединен с питающей сетью по этой же группе и схеме соединения, что и силовой трансформатор.
Вследствие этого генератор управляющих импульсов имеет возможность управлять как коммутирующим устройством, так и включающим устройством, в отличие от прототипа, где генератор управляющих импульсов управляет только включающим устройством. Это позволяет заряжать конденсатор до желаемой величины напряжения и получать импульсы в соответствии с заданной амплитудой. Зарядные устройства генератора импульсов тока имеют n силовых трансформаторов, векторы фазного напряжения вторичных обмоток которых сдвинуты по фазе на угол, зависящий от группы соединения, что позволит формировать силовые импульсы в строго заданной фазе. Можно использовать любую из 12 групп включения силовых трансформаторов, благодаря чему в нагрузке будем получать силовые импульсы с определенной фазой следования, частотой 300 Гц в каждой схеме канала. Каждой группе включения будет соответствовать своя фаза силовых импульсов в канале, идущем в нагрузку. Если на общую нагрузку подключить каналы всех 12 групп, то способом суперпозиции в нагрузке можно получить результирующую частоту следования импульсов 3600 Гц. Используя разное количество схем, можем в нагрузке получить различный набор частот следования силовых импульсов.
На фиг.1 приведена блок-схема заявленного устройства. На фиг.2 приведен график пульсаций выпрямленного напряжения, полученных из фазных напряжений с помощью генератора управляющих импульсов. На фиг.3 представлена принципиальная схема генератора мощных токовых импульсов с разбивкой по блокам.
Каждый канал устройства содержит зарядное устройство 1, батарею конденсаторов 2, коммутирующее устройство 3, включающее устройство 4, нагрузку 5, генератор управляющих импульсов 6, усилитель мощности импульсов 7, блок защиты 8. Зарядное устройство 1 получает питание от сети по трем фазам и выпрямленное напряжение подает на коммутирующее устройство 3. От коммутирующего устройства 3 питание поступает на батарею конденсаторов 2, к нему подключена нагрузка 5, через включающее устройство 4. Образуется замкнутый контур, где последовательно соединены батарея конденсаторов 2, включающее устройство 4, нагрузка 5. Генератор 6 управляющих импульсов подключен к сети по трем фазам параллельно с зарядным устройством 1. Генератор 6 управляющих импульсов через блок защиты 8 подключается к усилителю мощности 7, выходы которого подключены на коммутирующее устройство 3 и на включающее устройство 4. Параллельно описанной схеме подключены n каналов к сети и к нагрузке 5. Зарядное устройство 1 состоит из симисторного регулятора напряжения, который собран на элементах: симисторы VS1-VS3, трансформатора TV2, автоматического выключателя QF3, резисторов R3-R14, конденсаторов C6, C7, C8 и выпрямительного моста VD11-VD16, вольтметра PV, трансформатора TV1. Плавно вращая ручку переменных резисторов R5, R9, R13, есть возможность изменять выходное напряжение трансформаторов TV1, что приводит к изменению выпрямленного напряжения на выпрямителе VD11-VD16. Батарея конденсаторов 2 состоит из нескольких (зависит от мощности всей установки) параллельно соединенных конденсаторов. Коммутирующее устройство 3 состоит из симистора VS4. Включающее устройство 4 состоит из симистора VS5, диодов VD17, VD18, VD21. Нагрузка 5 представляет собой участок обрабатываемого металла, подключенного через токоподвод к выводам 1-2. Генератор управляющих импульсов 6 состоит из автоматического выключателя QF2, трансформатора TV3, выпрямительного моста VD1-VD6, резистора R1, конденсаторов C1, C2, трансформатора TV5, вторичные обмотки которого включены согласно транзисторов VT1, VT2, трансформатора TV6, две первичные обмотки которого включены встречно, конденсатора C3, трансформатора TV4, выпрямительного моста VD7-VD10, конденсатора C11, резистора R2. Генератор вырабатывает управляющие импульсы синусоидальной формы частотой 300 Гц, имеющие неизменный угол вектора напряжения по отношению к вектору фазного напряжения питающей сети, это достигается благодаря тому, что на выпрямителе VD1-VD6 получаются пульсации выпрямленного напряжения, которые через дифференцирующее звено в виде конденсатора C2 подаются на трансформатор TV5 и далее по схеме транзисторы VT1 и VT2 формируют синусоидальные управляющие импульсы. Усилитель мощности импульсов 7 состоит из трансформатора TV7, конденсатора С4, резисторов R15, R16, диодов VD19, VD20. Предназначен для согласования управляющих импульсов по напряжению с характеристиками симисторов VS4 и VS5. Блок защиты 8 состоит из автоматического выключателя QF1, стоповой кнопки SB1, пусковой кнопки SB2, магнитного пускателя КМ, трансформаторов тока ТА1-ТА3, теплового реле КК. Предназначен для отключения генератора в случае возникновения импульсов тока
недопустимо большой амплитуды, с помощью силовых и вспомогательных контактов магнитного пускателя КМ.
Генератор работает следующим образом. Напряжение питания подается на зарядное устройство 1 и на генератор 6 управляющих импульсов. В зарядном устройстве 1 силовой схемой питающее напряжение преобразуется в выпрямленное напряжение с шестью пульсациями. Выпрямленное напряжение подается на коммутирующее устройство 3. При включении коммутирующего устройства 3 управляющим импульсом, который приходит от генератора 6 управляющих импульсов через усилитель 7 мощности, заряжается конденсатор 2 до полного заряда. Заряд происходит на участке выпрямленного напряжения с пульсацией, на которой . Коммутирующее устройство 3 закрывается после заряда конденсатора 2 в момент смены  с (+) на (-). Затем приходит управляющий импульс на включающее устройство 4, в момент, когда  и конденсатор через него разряжается на нагрузку 5. Генератор управляющих импульсов вырабатывает управляющие импульсы и через усилитель мощности 7 поочередно посылает их на коммутирующее устройство 3 и на включающее устройство 4, благодаря чему конденсатор 2 последовательно заряжается и разряжается в нагрузку. Управляющие импульсы в разных каналах сдвинуты относительно друг друга на определенный угол, зависящий от схем соединения силовых и управляющих трансформаторов, вследствие чего силовые импульсы тока в нагрузке не накладываются друг на друга, а имеют определенный угол следования, образуя последовательность импульсов с определенной частотой. Симисторный регулятор напряжения, собранный в зарядном устройстве 1, позволяет плавно регулировать напряжение заряда батареи конденсаторов 2, благодаря чему есть возможность плавной регулировки амплитуды импульсов тока в нагрузке при разряде батареи конденсаторов на нагрузку.
В результате заявленный генератор позволяет получать в нагрузке способом параллельного подключения к ней n каналов, частоту до 3600 Гц и амплитуду токов до 30 кА с возможностью регулировки. Это дает дополнительные возможности для интенсификации технологических процессов в области обработки металлов давлением и получения экономии металла и энергоресурсов.
Источники информации
1. Пат. 2282936 РФ, МПК H03K 3/53, заявл. 04.02.2005.
3
2. А.с. 884092 СССР, М. Кл. Н03К 3/53, заявл. 26.03.1980.