Источники питания установок магнитоимпульсной обработки (МИО). Схемы источников питания, конструкция, принцип действия

Установки для МИО состоят из двух основных узлов: подготовительного (накопление энергии и формирование импульсного напряжения и тока) и узла исполнительного-технологического. К первому узлу относятся генераторы импульсных токов, ко второму – индукторы и связанная с ними технологическая оснастка.

На рис. 1 показана функциональная электрическая схема установки МИО. Батарея-накопитель энергии 1 заряжается от зарядного устройства 3 до требуемого напряжения. По накоплении заданного количества энергии батарея разряжается в импульсном режиме на рабочий индуктор 9 через коммутатор 10 и токопровод 11. В функции устройства 4 входят управление, контроль и сигнализация. Поджигающее устройство 8 подает команду на включение коммутатора 10. Командный датчик 5 и делитель напряжения 6 регулируют значение запасаемой энергии в автоматическом режиме работы.

По достижении установленного напряжения зарядки блок автоматики 7 подает импульсы на включение поджигающего устройства. Снятие остаточного напряжения с накопителя энергии и блокировку осуществляет короткозамыкатель 2.

Рис.1 Структурная схема источника питания установки магнитоимпульсной обработки

Генераторы импульсных токов преобразуют электрический ток промышленной частоты в импульсы токов большой амплитуды, которые образуются при разряде мощной батареи. Основными элементами генератора являются зарядное устройство, батарея конденсаторов, коммутирующее и разрядные устройства.

В состав зарядного устройства входят повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель и пускорегулирующая аппаратура. Батарея конденсаторов служит для накопления электрической энергии с дальнейшей разрядкой на технологическую установку. В установках МИО для этих целей применяются импульсные конденсаторы, что обусловлено, их способностью отдавать накопленную энергию в виде коротких импульсов большой мощности. Конденсаторы должны иметь минимальную индуктивность, их конструкция должна обеспечивать возможность длительной работы в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Соединение конденсаторов в батарею определяется требуемой рабочей характеристикой генератора импульсного тока. Для уменьшения времени разрядки батареи конденсаторов и обеспечения кратковременности выделения энергии индукторе необходимо уменьшать общую индуктивность установки за счет снижения индуктивности батареи конденсаторов, ошиновки и разрядка, что в свою очередь повышает эффективность МИО.

Коммутирующее устройство (коммутатор) должно в заданный момент подавать импульс напряжения на рабочую катушку, пропускать возникающий импульсный ток за определенный промежуток времени и регулировать напряжение на конденсаторах. Конструкция коммутатора должна обеспечивать возможности регулирования рабочего напряжения. Коммутатор должен пропускать значительные токи, иметь малую собственную индуктивность, минимальный разброс времени срабатывания и большой срок службы. В установках магнитного формообразования используются механические, ионные и дуговые коммутирующие устройства.

Дуговые разрядники выполняются трех основных конструкций: открытые, вакуумные и газонаполненные. Более перспективными являются вакуумные и газонаполненные. Основное их преимущество широкий предел регулирования рабочего напряжения, возможность изменения давления в разряднике и способность коммутировать значительную энергию.

Электрическая схема двухэлектродного газонаполненного разрядника показана на рис. 2.

Рис.2 Электрическая схема устройств коммутации установки магнитоимпульсной обработки

В ней предусмотрена емкость С_п, подключаемая к основной цепи с помощью вспомогательного разрядника Рп. При его включении емкость С_п начинает разряжаться через цепь L_п-L_к-0.5L_ош-земля, при этом в контуре С_п-L_п-L_к-0.5L_ош возникают электромагнитные колебания. В момент включения Р_п напряжение в точке а скачкообразно возрастает от 0 до U_сп, а затем падает по косинусоиде. В начальный момент времени напряжение в точке в равно U_с=U_сп, в результате чего напряжение на основном коммутирующем устройстве КУ равно сумме напряжений U_со+U_сп. При пробивном напряжении разрядника U_пр<U_со+U_сп происходит разрядка и основная батарея включается на индуктор.

Поджигающее устройство предназначено для запуска основного разрядника. Они могут быть с механическим и электрическим запуском. Схема поджига с поджигающей емкостью Сп, заряжаемой от основного зарядного устройства, показана на рис 3. для запуска основного разрядника КУ надо разрядить емкость поджига С_п. При этом на ее электрод поджига подается импульс напряжения, вызывающий вспомогательный разряд. Разрядка конденсатора осуществляется с помощью дополнительной емкости Сз, заряжаемой вспомогательным выпрямителем VD. Схемы с электрическим запуском применяются в том случае, когда необходимо синхронизировать подачу поджигающего импульса с запуском измерительных или регистрирующих приборов.

Технологический узел – индукторявляется одним из наиболее важных узлов установки МИО, поскольку от его конструкции и качества исполнения зависит возможность выполнения МИО, и ее качество. К технологическому узлу предъявляют следующие требования:

а) высокая эффективность преобразования электрической энергии в механическую энергию деформации заготовки;

б) высокие механическая и электрическая прочности;

в) конструктивная и технологическая простота.