НИЗКОВОЛЬТНЫЙ СИЛЬНОТОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

НИЗКОВОЛЬТНЫЙ СИЛЬНОТОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ


RU (11) 2025031 (13) C1

(51) 5 H02M5/25 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4900593/21 
(22) Дата подачи заявки: 1991.01.09 
(45) Опубликовано: 1994.12.15 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 545071, кл. H 03K 3/335, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР N 890546, кл. H 03K 3/335, 1981. 
(71) Заявитель(и): Прасолов Юрий Федорович 
(72) Автор(ы): Прасолов Юрий Федорович 
(73) Патентообладатель(и): Прасолов Юрий Федорович 

(54) НИЗКОВОЛЬТНЫЙ СИЛЬНОТОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 

Использование: в источниках питания электрохимических копировально-прошивочных станков, а также других электротехнологических установок. Сущность: в источник питания, содержащий управляемый выпрямитель с основным блоком тиристоров и системой их управления, тиристорный ключ, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки, а анод соединен с первым выводом реактора, дополнительно введены тиристорный короткозамыкатель, а также система управления тиристорами ключа и короткозамыкателя. Причем аноды тиристоров ключа и короткозамыкателя объединены и подключены к первому выводу выпрямителя, а катод тиристора короткозамыкателя соединен с вторым выводом реактора, вторым выводом выпрямителя и отрицательным выводом нагрузки. В выпрямитель источника введен дополнительный блок тиристоров, первые электроды которых объединены попарно в каждом плече выпрямителя с противоположными электродами тиристоров его основного блока, а вторые их электроды объединены, образуя третий вывод выпрямителя, который подключен к положительному выводу нагрузки, что позволяет упростить, повысить надежность и расширить область применения устройства. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электрообработке металлов и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания как непрерывным, так и импульсным технологическим током электрохимических копировально-прошивочных станков, а также других станков электрообработки металлов.

Известен источник питания для электрохимических станков, выполненный на основе управляемого выпрямителя [1], который может формировать на выходе наряду с непрерывным импульсный технологический ток. Импульсный ток этого источника формируется подачей периодического синхронного с питающей сетью запрета на систему управления тиристорами.

Недостатками этого устройства являются ограниченные возможности по формированию коротких (длительностью менее 510-3 с) импульсов тока; невозможность их амплитудного регулирования без изменения длительности; малая крутизна заднего фронта импульсов тока, который спадает по синусоиде.

Указанные недостатки ограничивают возможности повышения качества обработки деталей на электрохимическом станке.

Задача получения коротких прямоугольных импульсов с амплитудным регулированием для повышения качества процесса электрохимической обработки металлов осложняется тем, что требуются низковольтные (от 3 до 20 В) сильноточные (свыше 1000А) импульсы.

Известен источник питания для электрохимических станков, содержащий управляемый выпрямитель и зависимый инвертор, каждый со своей системой управления, а также реактор и тиристорный ключ. Причем вход инвертора через реактор подключен к выходу выпрямителя, а нагрузка через тиристорный ключ подключена к входу инвертора [2].

Этот источник позволяет формировать на активной нагрузке низковольтные сильноточные импульсы с амплитудным регулированием. Однако он имеет довольно сложную техническую реализацию, так как включает в себя практически два одинаковых преобразователя: управляемый выпрямитель и зависимый инвертор со своими системами управления. Кроме того, зависимый инвертор снижает энергетические показатели и надежность работы устройства, а также вносит дополнительные искажения в питающую сеть.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и расширение области применения путем обеспечения формирования импульсного технологического тока прямоугольной формы с амплитудным регулированием.

Поставленная цель достигается тем, что в низковольтный сильноточный источник питания для станков электрохимической обработки, содержащий управляемый выпрямитель с основным блоком тиристоров и системой их управления, тиристорный ключ, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки, а анод соединен с первым выводом реактора, введены дополнительно тиристорный короткозамыкатель и система управления тиристорами ключа и короткозамыкателя, причем аноды тиристоров ключа и короткозамыкателя объединены и подключены к первому выводу выпрямителя, а катод тиристора короткозамыкателя соединен с вторым выводом реактора, вторым выводом выпрямителя и отрицательным выводом нагрузки.

С целью расширения области применения путем обеспечения формирования на нагрузке наряду с импульсным непрерывного технологического тока в выпрямитель источника введен дополнительный блок тиристоров, первые электроды которых объединены попарно в каждом плече выпрямителя с противоположными электродами тиристоров основного блока, а вторые электроды - объединены, образуя третий вывод выпрямителя, который подключен к положительному выводу нагрузки.

Система управления тиристорами ключа и короткозамыкателя включает в себя два канала, причем первый канал для управления тиристором ключа содержит соединенные последовательно фазосдвигающее устройство, формирователь импульсов, элемент И, выходной каскад, а второй канал для управления тиристора короткозамыкателя содержит соединенные последовательно блок задания длительности, формирователь импульсов и выходной каскад, причем синхронизирующий вход фазосдвигающего устройства первого канала подключен к выводу реактора силовой схемы, а вход блока задания длительности второго канала соединен с выходом формирователя импульсов первого канала.

На фиг. 1 представлена электрическая схема силовой цепи источника, в выпрямителе которого для наглядности использована многофазная нулевая схема выпрямления (в общем случае могут быть применены другие схемы выпрямления); на фиг.2 - функциональные схемы системы управления тиристорами выпрямителя, а также системы управления тиристорами ключа и короткозамыкателя; на фиг.3 - временные диаграммы на элементах источника, поясняющие принцип его работы.

Источник содержит многофазный выпрямитель 1, накопительный реактор 2, тиристорный короткозамыкатель 3, нагрузку 4, тиристорный ключ 5, подключенный катодом к положительному выводу нагрузки 4. Кроме того выпрямитель 1 содержит преобразовательный трансформатор 6, дополнительный блок тиристоров 7 и основной блок тиристоров 8, причем катоды тиристоров дополнительного блока соединены попарно в каждой фазе с анодом тиристоров основного блока 8, подключенными к обмоткам 6 преобразовательного трансформатора. Источник также содержит систему управления тиристорами выпрямителя 9 и систему управления тиристорами ключа и короткозамыкателя 10. Управляемый выпрямитель 1 с дополнительным блоком тиристоров 7 подключен своими выходными выводами непосредственно к нагрузке 4, а аноды тиристоров его основного блока 8, а также аноды тиристоров короткозамыкателя 3 и ключа 5 объединены между собой и подключены к одному выводу реактора 2, второй вывод которого вместе с катодом тиристора короткозамыкателя 3 соединены с отрицательным выводом нагрузки; выходные цепи системы управления тиристорами выпрямителя 9 подключены к управляющим электродам тиристоров выпрямителя 1, а системы управления тиристорами ключа и короткозамыкателя - к управляющим электродам тиристоров короткозамыкателя 3 и ключа 5. При этом синхронизирующий вход системы управления тиристорами ключа и короткозамыкаетля 10 подключен к выводу реактора 2. В свою очередь многоканальная система управления тиристорами выпрямителя 9 содержит в каждом своем канале соединенные последовательно фазосдвигающее устройство 13, формирователь импульсов 14, элемент И 15, выходной каскад 16 и коммутатор 17, а также соединенные последовательно элемент ИЛИ 18, счетчик 19 и дешифратор 20. Причем входы элемента ИЛИ 18 подключены к выходам формирователей импульсов 14 всех каналов, а выход дешифратора 20 подключен к объединенным вторым входам элементов И 15 всех каналов системы 9. На одни входы фазосдвигающих устройств 13 подаются синхронизирующие синусодиальные напряжения Uс, а объединенные другие входы фазосдвигающих устройств 13 всех каналов соединены с выходом системы автоматического управления 11.

Первый канал для управления тиристором ключа 5 двухканальной системы управления тиристорами ключа и короткозамыкателя 10 содержит, аналогично каналу системы управления тиристорами выпрямителя 9, соединенные последовательно фазосдвигающее устройство 21, формирователь импульсов 22, элемент И 23 и выходной каскад 24, а второй канал для управления тиристором короткозамыкателя содержит соединенные последовательно блок задания длительности 25, формирователь импульсов 26 и выходной 27, причем синхронизирующий вход фазосдвигающего устройства 21 подключен к выводу реактора 2, а управляющий его вход объединен с аналогичными входами фазосдвигающих устройств 13, одни вход блока задания длительности 25 соединен с выходом формирователя импульсов 22, а второй его вход предназначен для подключения к регулятору уставок длительностей импульсов тока на нагрузке, дополнительный вход формирователя импульсов 26 соединен с выходом датчика короткого замыкания 12 в межэлектродном промежутке электрохимического станка.

Рассмотрим работу источника при формировании на активной нагрузке прямоугольных импульсов тока с амплитудным регулированием. Пусть формирователи импульсов 14 системы управления тиристорами выпрямителя 9 формируют шестифазную, синхронную с питающей сетью систему импульсов, сдвинутых между собой на 60 эл. град., которые подают на одни входы элементов И 15, а также на входы элемента ИЛИ 18, осуществляющего логическое сложение этих импульсов (фиг.3,а), обозначенных по очередности их формирования цифрами 1... 6. Результирующее напряжение с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на счетный вход счетчика 19, переключение которого происходит по отрицательному фронту входных импульсов.

Зададим коэффициент деления этого счетчика равным пяти. При этом с помощью дешифратора 20 обеспечивают на его выходе формирование импульсного напряжения с длительностью импульса 60 эл.град. и скважностью, равной пяти (фиг.3,б), которое подают на объединенные вторые входы элементов И 15, осуществляющих в каждом канале системы управления тиристорами выпрямителя 9 логическое умножение импульсов этого напряжения с импульсами управления 1.. . 6 формирователей импульсов 14. В результате на выходные каскады 16 разрешается прохождение лишь каждого пятого импульса из шестифазной системы, которые на фиг.3,в для наглядности изображены на одной оси.

При работе источника в режиме формирования прямоугольных импульсов тока с амплитудным регулированием коммутаторы 17 в каждом канале системы управления тиристорами выпрямителя обеспечивают прохождение импульсов управления с выходного каскада 16 на тиристоры 8 основного блока выпрямителя 1 (фиг.1).

Пусть в момент V1 на фиг.3 очередным импульсом управления 6, поступившим на один из выходных каскадов 16, осуществляется включение с наперед заданным углом управления соответствующего тиристора 8 основного блока выпрямителя 1, после чего сигналом "0" с выхода дешифратора 20 запрещает запрещается прохождение последующих четырех импульсов управления из шестифазной системы на свои выходные каскады 16. В результате на выходе выпрямителя с основным блоком тиристоров 8 (на его отрицательном выводе) формируется напряжение UL в виде участка синусоиды с фазовой отсечкой, которое на фиг.3,д изображено для наглядности с противоположной полярностью. Под действием этого напряжения происходит вначале нарастание тока iL параллельно подключенного реактора 2, т.е. осуществляется "накачка" энергии в реактор (фиг. 3, е). Очевидно, что нарастание тока iL продолжается до момента перехода через ноль кривой напряжения UL, после чего этот ток спадает при нарастании противодействующего (отрицательного на фиг. 3,д) значения напряжения UL, которое используется в качестве синхронизирующего для фазосдвигающего устройства 21 системы управления тиристорами ключа и короткозамыкателя 10. Поэтому по истечении в момент V2 заданного фазового сдвига формирователь импульсов 22 осуществляет формирование импульса управления 28, который через элемент И 23 и выходной каскада 24 поступает на тиристор ключа 5 силовой схемы.

После включения тиристора ключа 5 под влиянием противодействующего напряжения на реакторе происходит коммутация тока iL с выпрямителя 1 на активную нагрузку 4.

Одновременно с включением тиристора ключа 5 импульсом управления с выхода формирователя импульсов 22 запускается блок задания длительности 25, в который по второму входу была предварительно задана требуемая длительность импульсов тока в нагрузке. По истечении заданной длительности в момент V3 формирователь импульсов 26 осуществляет формирование импульса управления 29, который через выходной каскад 27 подается на тиристор короткозамыкателя 3. Включением этого тиристора обеспечивается выключение тока через нагрузку. В результате на активной нагрузке 4 формируется практически прямоугольный импульс тока (фиг.3,ж).

В момент V4 после прохождения на свой выходной каскад 16 последующего импульса управления 5 вновь включается соответствующий тиристор 8 основного блока выпрямителя 1, после чего ток реактора 2 коммутируется с короткомзыкателя 3 на выпрямитель 1. В дальнейшем работа источника в рассматриваемом режиме повторяется. При этом кривая тока реактора 2 (фиг.3,е) за период ее повторяемости состоит из трех участков. Участок I соответствует интервалу протекания тока реактора через выпрямитель, участок II - через нагрузку, а участок III - через короткозамыкатель.

Следует отметить, что коэффициент пересчета счетчика 19, а соответственно, период повторяемости импульсов тока на нагрузке задают с учетом обеспечения симметричной загрузки фаз питающей сети и элементов силовой схемы выпрямителя.

В рассмотренном выше случае этот коэффициент был задан равным пяти. При этом осуществляется поочередная работа (в обратной последовательности) всех тиристоров и обмоток трансформатора шестифазного выпрямителя 1, несмотря на импульсную его работу. В результате на нагрузке формируются импульсы тока с частотой следования 60 Гц при частоте питающей сети 50 Гц.

Регулирование в широком диапазоне амплитудных значений тока, а следовательно, напряжения в импульсе на нагрузке осуществляют соответствующим изменением угла управления тиристорами 8 выпрямителя путем изменения напряжения управления Vу, которое подается на объединенные вторые входы фазосдвигающих устройств 13 всех каналов системы управления тиристорами выпрямителя 9, а также фазосдвигающего устройства 21. При этом с помощью системы автоматического управления 11 источником может быть обеспечена стабилизация на заданном уровне амплитудного значения напряжения в импульсе Vи при изменении величины нагрузки.

В этом случае источник будет являться для нагрузки в динамике источником тока, так как ток нагрузки определяется током накопительного реактора с большой постоянной времени, а в статике - источником напряжения.

Сигналом "0" на втором входе элемента И 23 может быть подан оперативный запрет на формирование импульса тока в нагрузке. А при возникновении аварийной ситуации в межэлектродном промежутке электрохимического станка по сигналу с датчика коротких замыканий 12 осуществляется упреждающее включение тиристора короткозамыкателя, чем обеспечивается ограничение длительности текущего импульса тока нагрузки.

Угол коммутации при включении тиристора ключа 5 зависит от индуктивности рассеивания фазы трансформатора 6, тока реактора 2 и от разности между амплитудным значением напряжения на нагрузке и значением напряжения на реакторе 2 в момент включения тиристора ключа 5. Поэтому величину фазового сдвига в фазосдвигающем устройстве 21 задают в зависимости от амплитудного значения напряжения на нагрузке и от требуемой крутизны переднего фронта импульса нагрузки.

Для получения непрерывного тока в нагрузке следует заблокировать счетчик 19 в исходном состоянии, при котором на выходе дешифратора 20 постоянно присутствует сигнал "1", а с помощью коммутаторов 17 подключить к выходным каскадам 16 управляющие электроды тиристоров 7 дополнительного блока выпрямителя.

Источник позволяет кроме того (в отличие от прототипа) формировать на нагрузке импульсный ток в форме полуволны синусоиды с регулируемой фазовой отсечкой. Для этого следует в режиме непрерывного тока снять блокировку со счетчика 19, оставив коммутаторы 17 в том же состоянии.

Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает формирование на активной нагрузке наряду с непрерывными импульсного технологического тока, как в форме полуволны синусоиды с регулируемой фазовой отсечкой, так и прямоугольной формы с амплитудным регулированием. Причем низковольтные (3-24 В) сильноточные (свыше 1000А) импульсы прямоугольной формы с амплитудным регулированием формируются источником без использования в нем узлов принудительной (емкостной) коммутации тиристоров.

При этом предлагаемое устройство, обладая расширенными функциональными возможностями, по сравнению с прототипом имеет более простую схемную реализацию, исключающую применение зависимого инвертора, а следовательно, более высокие энергетические показатели и надежность работы.

Как было показано выше, при формировании прямоугольного импульсного тока дополнительный блок тиристоров выпрямителя не принимает участия в работе.

Поэтому, если в технологическом процессе используется лишь импульсный ток прямоугольный формы, то источника может быть еще заметно упрощен исключением из его состава тиристоров дополнительного блока. А в прототипе в импульсном режиме задействованы все составные части (как выпрямитель, так и зависимый инвертор).

Кроме того, если не требуется оперативного перехода от непрерывного тока к импульсному, то в выпрямителе источника также можно обойтись лишь одним блоком тиристоров, произведя при этом соответствующие переключения в его силовой схеме.

Следует также отметить, что при формировании прямоугольных импульсов, которые используются, как правило, в процессе электрохимической обработки при значительно меньших межэлектродных зазорах по сравнению с непрерывным током, предлагаемое устройство имеет ряд дополнительных преимуществ:

- обеспечивает более надежную защиту электродов электрохимического станка от коротких замыканий путем оперативного включения по сигналу с датчика коротких замыканий тиристора короткозамыкателя, который выключает ток через нагрузку, ограничивая длительность текущего импульса. При этом ток короткого замыкания в нагрузке, а также ток через короткозамыкатель не могут превысить величину рабочего тока, что является особо ценным свойством этого источника.

Кроме того, короткозамыкатель обеспечивает более надежное шунтирование нагрузки, так как он подключен к нагрузке не параллельно, а через ключ; обладает повышенной надежностью в работе, так как ток выпрямителя и ток нагрузки в данном режиме имеют встречное направление и разделены во времени; с уменьшением амплитудного значения напряжения в импульсе при неизменном токе крутизна переднего фронта импульсов тока возрастает, так как улучшаются при этом условия коммутации.

Экспериментальная проверка предлагаемого устройства проведена на макете с номинальным напряжением 15 В и током 1600 А. Получен импульсный технологический ток прямоугольной формы с амплитудным регулированием длительностью импульсов от 0,510-3 с до 410-3 с при изменении амплитудного значения напряжения от 3 до 15 В при токе в импульсе 1600 А.

Предлагаемый источник можно разместить в одном шкафу размером 16001000600 и массой 950 кг. При этом экономия материалов на один источник составит: сталь 113,4 кг; сталь электротехническая 190 кг, медь 113 кг; стеклотекстолит 3 кг. Трудоемкость изготовления снизилась на 137 н/ч. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. НИЗКОВОЛЬТНЫЙ СИЛЬНОТОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ, содержащий управляемый выпрямитель с основным блоком тиристоров и системой их управления, тиристорный ключ, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки, а анод соединен с первым выводом реактора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и расширения области применения путем обеспечения формирования импульсного технологического тока прямоугольной формы с амплитудным регулированием, в него введены дополнительно тиристорный короткозамыкатель и система управления тиристорами ключа и короткозамыкателя, причем аноды тиристоров ключа и короткозамыкателя объединены и подключены к первому выводу выпрямителя, а катод тиристора короткозамыкателя соединен с вторым выводом реактора, вторым выводом выпрямителя и отрицательным выводом нагрузки.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения формирования на нагрузке наряду с импульсным непрерывного технологического тока, в выпрямитель источника введен дополнительный блок тиристоров, первые электроды которых объединены попарно в каждом плече выпрямителя с противоположными электродами тиристоров основного блока, а вторые электроды объединены, образуя третий вывод выпрямителя, который подключен к положительному выводу нагрузки.

3. Источник питания по пп.1 и 2, отличающийся тем, что система управления тиристорами ключа и короткозамыкателя включает в себя два канала, причем первый канал для управления тиристором ключа содержит соединенные последовательно фазосдвигающее устройство, формирователь импульсов, элемент И, выходной каскад, а второй канал для управления тиристором короткозамыкателя содержит соединенные последовательно блок задания длительности, формирователь импульсов и выходной каскад, причем синхронизирующий вход фазосдвигающего устройства первого канала подключен к выводу реактора силовой схемы, а вход блока задания длительности второго канала соединен с выходом формирователя импульсов первого канала.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru