Устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке

Полезная модель относится к области электрохимической обработки на постоянном токе, в частности к устройствам защиты электродов от коротких замыканий между деталью и элетродом-инструментом при электрохимической обработке.
Известно устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1196990, МПК Н02Н 3/52, В23Н 3/02, опубл. 07.12.1985).
Недостатком данного устройства является большое время выключения источника, которое определяется временем закрытия тиристора. Из-за чего ток короткого замыкания успевает вызвать непоправимые прижоги на электродах.
Известно устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке, реагирующее на величину технологического тока и его производную (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №235834, МПК G05G 13/00, опубл. 24.01.1969. Бюл. №6).
Недостатком данного устройства являются низкие чувствительность, помехозащищенность и быстродействие, связанные с отсутствием элемента регулировки чувствительности и тем, что время выключения источников питания, обычно, значительно больше, чем время включения короткозамыкателя, например, тиристора, включенного параллельно деталь-электрод.
Известно устройство для защиты от коротких замыканий электродов при электрохимической обработке металлов (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР  №228453, МПК В23Н 7/16, опубл. 13.03.1969).
Недостатком устройства является низкая чувствительность. В устройство для повышения быстродействия параллельно первичной стороне источника тока включены игнитроны. Однако игнитроны, включенные в первичной цепи источника, из-за наличия э.д.с. трансформатора не обеспечивают эффективную защиту от прижов между деталью и электродом.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке, содержащее датчик тока и последовательно соединенные ключевой элемент и источник технологического тока (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 541236, МПКН02Н 7/00, G 05G 13/00, опубл. 21.01.1977).
Датчик тока подключен к управляющему входу бесконтактного выключателя через последовательно соединенные: детектор, дифференциальное звено и  пороговый блок.
Недостатком известного устройства является низкая чувствительность из-за отсутствия элемента для регулировки чувствительности устройства и также низкая помехозащищенность и большое время снятия напряжения с электродов в момент короткого замыкания.
Следует отметить, что даже современные источники питания не всегда способны обеспечить быстрое снятие напряжения с нагрузки в момент короткого замыкания по каналу блокировки.
Технической задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего надежную защиту от коротких замыканий дорогостоящих деталей и электродов при электрохимической обработке за счет обеспечения быстрого снятия напряжения с нагрузки в момент короткого замыкания.
Техническим результатом использования предлагаемого устройства является повышение чувствительности и уменьшение времени срабатывания защиты за счет использования быстродействующего тиристора, шунтирующего в момент короткого замыкания межэлектродный промежуток, и дифференциального трансформатора, измеряющего изменение («бросок») тока.
Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке, содержащее датчик тока и последовательно соединенные ключевой элемент и источник технологического тока, в отличие от известного, в него введены триггер, резистор регулировки чувствительности и последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент и тиристор, а в качестве датчика тока используют дифференциальный трансформатор, при этом один выход трансформатора подключен к резистору регулировки чувствительности, а второй выход - соединен с триггером, инвертирующий выход которого подключен к ключевому элементу, выключающему источник технологического тока, а прямой выход - подключен к дополнительному ключевому элементу, включающему тиристор, установленный параллельно источнику технологического тока.
Для улучшения чувствительности датчика в условиях наличия электромагнитных помех в качестве датчика тока может быть использован дифференциальный трансформатор на основе катушки Роговского, вторичная обмотка которого зашунтирована стабилитроном.
Полезная модель поясняется фигурами, на которых изображены:
фиг.1 - функциональная схема устройства;
фиг. 2 - электрическая схема устройства;
фиг.3 - осциллограмма работы устройства.
Устройство для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке (фиг.1) содержит датчик тока, в качестве которого используют дифференциальный трансформатор 1. В качестве которого может использоваться, например, дифференциальный трансформатор на основе катушки Роговского (фиг.2), вторичная обмотка которого зашунтирована стабилитроном производства Power Electronic (https://www.elec.ru › Pemuk_Общий_каталог, опубл. 14.02.2018), что дает возможность повысить чувствительность датчика и обеспечивает защиту датчика от высокой ЭДС, могущей возникнуть во вторичной обмотке при неисправном защитном тиристоре.
Один выход трансформатора 1 подключен к резистору 2 регулировки чувствительности, а второй выход трансформатора 1 соединен с триггером 3.
Инвертирующий выход триггера 3 через  ключевой элемент 4 соединен с входом источника 5 технологического тока, подключенного к рабочим электродам аноду (деталь) 6 и катоду (инструмент) 7 . Прямой выход триггера 3 подключен к дополнительному ключевому элементу 8, выход которого подключен к тиристору 9, который установлен параллельно источнику технологического тока. Ключевые элементы 4 и 8 выполнены на оптронных реле, что обеспечивает гальваническую развязку схемы управления от силовой части источника питания.
Устройство работает следующим образом.
Во время электрохимической обработки при скачке тока в момент точечного соприкосновения инструмента 7 с деталью 6 в дифференциальном трансформаторе 1 наводится э.д.с. Этот сигнал суммируется с напряжением резистора 2 регулировки чувствительности и поступает на вход триггера 3, который срабатывает и включает ключевые элементы 4 и 8. Ключевой элемент 4 выдаёт сигнал блокировки на источник 5 технологического тока, а ключевой элемент 8 включает быстродействующий тиристор 9, который шунтирует в момент короткого замыкания межэлектродный промежуток, что не позволяет току короткого замыкания достигнуть критического значения.
Использование в устройстве триггера 3 исключает возникновение повторного короткого замыкания. С целью повышения помехозащищённости самого устройства оно гальванически развязано от силовых цепей и имеет свой источник питания. Использование в качестве датчика тока  дифференциального трансформатора 1 на основе катушки Роговского с повышенной чувствительностью и высокой помехозащищенностью усиливает технический результат.
На фиг.3 представлена осциллограмма работы устройства для защиты от коротких замыканий при электрохимической обработке, где верхний канал - форма сигнала с датчика тока при коротком замыкании, нижний канал - напряжение на электродах. Из осциллограммы (нижний канал) видно, что время снятия напряжения с электродов меньше 30 мкс, что меньше времени возникновения так называемого «белого шума» - предвестника короткого замыкания (Патент RU № 2701909 С1, МПК B23H 3/00, опубл. 2019).
Предлагаемое устройство используется для защиты от коротких замыканий на установках электрохимической обработки деталей с источниками технологического тока «Пульсар СМАРТ», обеспечивающие номинальные токами обработки от 100 до 2000 А.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает повышение чувствительности устройства до 0,2 В/А, уменьшение времени срабатывания защиты до 25 мкс и, как результат, снижение брака от коротких замыканий на 80%.