WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |

В отличие от машинных генераторов тиристорный преобразователь частоты имеет ряд преимуществ: значительно меньшую массу на единицу мощности, лучшую работоспособность при частичных и полных нагрузках;

возможность плавного изменения частоты в зависимости от режима плавки или нагрева. Принципиальная схема силовой цепи тиристорного преобразователя частоты показана на рис. 4.2.

50 Гц, 380 В L LЗ VS1 VSLQF С БП VD К VS2 VSR LС V I LII III IV Рис. 4.2. Схема силовой цепи тиристорного преобразователя частоты типа ТПЧ-800-1\0,5:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Выпрямительный блок II представляет собой трехфазный мостовой управляемый выпрямитель, преобразующий переменный ток промышленной частоты в постоянный ток, блок дросселей (реакторов) III осуществляет сглаживание выпрямленного тока, инвертор IV преобразует постоянный ток в однофазный переменный повышенной частоты. В данном устройстве применен двухтактный инвертор, принцип действия которого основан на поочередном отпирании вентилей моста, в результате чего в нагрузке V будет проходить переменный ток, частота которого равна частоте коммутации управляемых вентилей инвертора. Блок пуска БП обеспечивает запуск преобразователя.

Рассматриваемый источник питания является преобразователем с явно выраженным звеном постоянного тока, в котором одна группа вентилей работает в режиме выпрямления, а другая – в режиме инвертирования.

Преобразователи, в которых одни и те же вентили участвуют и в инвертировании, и в выпрямлении, называются преобразователями с неявно выраженным или скрытым звеном постоянного тока. Тиристорные преобразователи частоты выпускаются на частоты 0,5 – 10 кГц.

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОМУ РАЗДЕЛУ 1. Для электротехнологических установок чаще всего применяются тиристорные преобразователи повышенной частоты с явно выраженным звеном постоянного тока. В таких преобразователях применяются инверторы тока и резонансные инверторы.

2. Схема тиристорного преобразователя частоты состоит из выпрямителя, блока дросселей, инвертора, цепей контроля и вспомогательных узлов (реакторов, теплообменников и пр.). По способу возбуждения инверторы выполняются с независимым возбуждением (от задающего генератора) и с самовозбуждением.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com ЧАСТЬ 2. ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА И ИХ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА 5.1. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГРУЗКИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ В зависимости от вида технологического процесса в ЭТУ применяются различные формы газового разряда. В установках ионного азотирования используется сильноточный U I Рис.5.1. ВАХ сильноточного газового разряда: (=const; Р=const) 1 - 100% N2; 2 - 25% N2 + 75% Н2;

3 - аппроксимированная характеристика.

тлеющий разряд, что определяет возрастающие ВАХ нагрузки преобразователя (рис.5.1) [4].

Поскольку в процессе ионного азотирования необходимо обеспечить однонаправленное движение положительных ионов газа к поверхности детали, преобразователь должен формировать на нагрузке знакопостоянное напряжение. На ВАХ U U P Рис.5.2. Влияние на напряжение горения Рис.5.3. Влияние на напряжение горения разряда давления газа (I=const; =const). разряда температуры обрабатываемых PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com значительное влияние оказывает состав газа (рис.5.1), давление газа в камере (рис.5.2) и температура поверхности обрабатываемой детали (рис.5.3).

В реальных установках ионного азотирования температура и давление газа изменяются в больших пределах, что обусловлено условиями технологии. Источник питания должен обеспечить требуемый режим технологического процесса при значительных изменениях параметров нагрузки. Следовательно, выходные параметры источника питания необходимо регулировать в широком диапазоне.

Для промышленного производства целесообразно иметь одну схемную модификацию источника, позволяющую работать на различные виды печей ионного азотирования, либо универсальный конструктивный модуль, позволяющий без специальных дополнительных мер набирать требуемую выходную мощность (например, за счет параллельного или последовательного включения).

Динамические характеристики нагрузки преобразователя определяются спецификой сильноточного газового разряда и технологическим режимом печи ионного азотирования. Отличительной особенностью сильноточного газового разряда является его нестабильность. Различные возмущающие факторы приводят к быстрому переходу от тлеющего разряда в камере азотирования к дуговому. При этом энергия, поступающая в камеру при тлеющем разряде, равномерно распределяется по всей поверхности обрабатываемого изделия. При дуговом разряде энергия концентрируется на небольшом участке поверхности изделия. Если не ограничить количество энергии, передаваемой при дуговом разряде в камеру азотирования, повреждается поверхность изделия, что приводит к браку. Для устранения такого режима источник питания должен обеспечивать отключение нагрузки на время деионизации разрядного промежутка после дугового разряда в камере и автоматически осуществлять повторную подачу напряжения на нагрузку после интервала деионизации. Время деионизации разрядного промежутка составляет десятки - сотни микросекунд. Время подготовки к автоматическому повторному включению (АПВ) должно составлять сотни микросекунд, поэтому источник питания должен работать в режиме АПВ на частоте сотни герц – единицы килогерц, при выходной мощности в номинальном режиме от десятков киловатт до 1 МВт.



Наряду с тлеющим в электротехнологии часто используется дуговой разряд (сварка, плазменная обработка изделия, дуговые печи и т.д.). При этом в зависимости от вида ЭТУ используются различные виды дугового разряда.

Например, дуговой разряд в воздухе при атмосферном давлении в сварочных установках, либо высоковакуумный дуговой разряд в установках напыления.

В зависимости от вида дугового разряда изменяются требования, предъявляемые к источникам питания.

В установках стыковой электроконтактной сварки сопротивление разрядного промежутка изменяется от короткого замыкания до холостого PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com хода, поэтому источник питания должен обладать специфическими характеристиками. С одной стороны ограничивать ток при коротком замыкании, с другой стороны обеспечивать динамичный подвод мощности к нагрузке для разрыва кромок в момент инициирования разряда либо при самопроизвольном касании кромок в процессе сварки. Удовлетворять столь сложным требованиям при мощности установки сотни киловатт - единицы мегаватт и необходимости формирования знакопеременного напряжения на однофазном сварочном трансформаторе можно лишь при рациональном построении силовой схемы и системы управления источника питания.

Высоковакуумный дуговой разряд (ВДР) используется в ряде электротехнологических установок напыления, в установках упрочения поверхности изделия за счет ионно-плазменного осаждения покрытия.

Специфика ВДР проявляется в его нестабильности при достаточно малых токах (десятки ампер) и сложности инициировании самостоятельного разряда в вакууме (зажигания разряда).

Статическая характеристика ВДР близка к линейной, однако действие возмущающих факторов приводит к тому, что напряжение при разряде при постоянном токе значительно (в десятки раз) меняется. Таким образом, ВДР является высокодинамичной нагрузкой с резко переменными параметрами.

При этом источник питания должен обеспечить зажигание разряда, а для стабилизации разряда иметь выходные характеристики, близкие к характеристикам источника тока не только в статике, но и в динамике.

Для проведения технологического процесса при различной загрузке камеры напыления деталями либо при различных напыляемых материалах необходимо обеспечить регулирование тока разряда в диапазоне от десятков до сотен ампер при мощности источника питания, равной единицам киловатт.

В лазерных электротехнологических установках непрерывного действия характеристики источника питания не столь жестко связаны с качеством конечной продукции, поскольку в цепи преобразователя энергии между источником питания и обрабатываемой деталью присутствует дополнительный блок, преобразующий электрическую энергию в энергию когерентного излучения с заданными параметрами.

Для лазеров с быстрой прокачкой рабочей смеси ВАХ возрастающая, причем напряжение с ростом давления газа уменьшается. Для лазеров с медленной прокачкой ВАХ падающая, что соответствует наличию отрицательного динамического сопротивления в схеме замещения. В лазерах с медленной прокачкой характеристики разряда достаточно стабильные, уровень питающего напряжения составляет десятки киловольт, при выходной мощности источника питания до 100 киловатт.

Для лазеров с быстрой прокачкой рабочей смеси уровень напряжения составляет единицы киловольт при той же мощности. Характеристики разряда менее стабильные, чем у лазеров с медленной прокачкой.

Рассмотренные режимы работы ЭТУ не охватывают всех возможных вариантов, однако они отражают наиболее характерные особенности работы PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com источника питания на газоразрядную нагрузку, которые в той или иной мере проявляются в других технологических процессах; позволяют с единой позиции подойти к анализу электромагнитных процессов в преобразователях.

Сформулируем некоторые общие требования к источникам питания ЭТУ, которые в дальнейшем будут корректированы для каждого рассматриваемого случая.

Источник питания должен:

1) обеспечивать согласованность напряжения и параметров первичной питающей сети с характеристиками и параметрами газоразрядного промежутка, в большинстве случаев обеспечивать потенциальную развязку;

2) допускать регулирование выходных параметров в широких пределах в целях обеспечения заданной ВАХ как в статике, так и в динамике при большом диапазоне изменения параметров нагрузки (практически от холостого хода до короткого замыкания);

3) обладать высоким быстродействием и обеспечивать режимы многократных автоматических повторных включений;

4) позволять легко осуществлять комбинацию конструктивных модулей (параллельное либо последовательное соединение) с учетом большого диапазона возможных мощностей источников, за счет чего удается упростить промышленное производство;

5) удовлетворять повышенным требованиям к энергетическим характеристикам и иметь ограниченное влияние на первичную сеть;

6) обладать высокой надежностью и простотой обслуживания при эксплуатации.

5.2. СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ СПЕЦИФИКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЗКИ Особенностью газового разряда как нагрузки источника питания является отсутствие накопления в нем энергии при любых возможных режимах работы. При этом источник питания должен обеспечивать лишь одностороннюю передачу энергии из первичной сети в нагрузку, что упрощает требования, предъявляемые к нему [4].





При выборе способа построения источника питания возникает вопрос, какова должна быть выходная характеристика источника питания, чтобы поддерживать в течение длительного времени непрерывный газовый разряд при заданных параметрах.

Условие, выполнение которого обеспечивает работу источника, питающего газоразрядный промежуток:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com UГР U - KУ = > 0, (5.1) IГР I где КУ - коэффициент устойчивости системы "газоразрядный промежуток - источник питания";

UГР - динамическое сопротивление газоразрядного промежутка в IГР рабочей точке;

U - динамическое сопротивление источника питания.

I На рис.5.4 показаны ВАХ газового разряда и источника питания.

U 1 2 A B C I Рис.5.4. ВАХ газового разряда (5) и внешние характеристики источников тока (1,2,3), напряжения (4).

В точках А и С динамическое сопротивление газоразрядного промежутка отрицательное (кривая падает). Устойчивость системы " источник питания - нагрузка" сохраняется только в том случае, если источник питания имеет крутопадающую внешнюю характеристику, причем динамическое сопротивление источника питания по абсолютному значению больше динамического сопротивления газоразрядного промежутка.

Теоретически предельное отрицательное динамическое сопротивление U имеет источник тока -, который позволяет получить наибольший I коэффициент устойчивости системы КУ. В точке В на возрастающем участке ВАХ газового разряда устойчивый режим работы сохраняется при питании от источника напряжения, однако и в этом случае при питании от источника тока КУ оказывается более высоким. На практике первичным источником электрической энергии является источник напряжения с относительно жесткими характеристиками, поэтому задача источника питания - не только преобразовать параметры электрической энергии питающей сети к виду, необходимому для проведения технологического процесса, но и сформировать требуемые выходные характеристики, обеспечивающие устойчивую работу системы "источник питания - нагрузка".

Наиболее характерные способы построения источников питания средней и большой мощности - стабилизация тока включением PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com токоограничивающих активных или реактивных элементов, компенсационная стабилизация с построением замкнутых систем регулирования по току, стабилизация тока путем использования индуктивноемкостных преобразователей источников напряжения в источники тока. Под характеристиками, соответствующими характеристикам источника тока будем понимать падающие характеристики с конечным дифференциальным сопротивлением.

Использование активных токоограничивающих элементов для создания падающих ВАХ источника питания приводит к существенному ухудшению КПД устройства при необходимости регулирования мощности в нагрузке либо при стабилизации режима работы. На рис.5.5.б показана ВАХ источника питания с токоограничивающим балластным резистором RБ (кривая 1).

UH = UXX - IH RБ, (5.2) где Uхх - напряжение холостого хода источника питания;

UH, IH - напряжение и ток нагрузки источника питания.

U Uхх ИП Rб UХХ.ГР A E=Uхх UUвх B UI I1 IIКЗ I а) б) Рис.5.5. Источник питания с токоограничивающим активным элементом:

а) принципиальная схема ;

б) внешняя характеристика источника питания (1) и характеристики газового разряда (2,3) На рис.5.5 также изображена ВАХ газового разряда, которую можно аппроксимировать зависимости, справедливыми вблизи рабочей точки:

для кривой UH = UХХ.ГР - RД. ГР · IГ.Р; UН=U1; (5.3) для кривой UH = UХХ.ГР - RД. ГР · IГР - UВХ ; UН=U2, (5.4) PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com где UХХ.ГР, RД, IГР – соответственно напряжение, дифференциальное сопротивление, ток аппроксимированной ВАХ газового разряда;

UВХ - изменение напряжения на газоразрядном промежутке, вызванное внешними факторами.

Пользуясь выражениями (5.2) - (5.4) можно получить следующее уравнение, связывающее параметры газоразрядного промежутка и источника питания при наличии возмущения UВХ :

U = U1 - U2 = I R + UВХ = I R.

Д.ГР Б UВХ I =, (5.5) KУ где I = I2 - I1;

KУ = [RБ +(- RД.ГР )]> 0- коэффициент устойчивости системы "газовый промежуток - источник питания".

U RБ = > 0, I U ГР RД.ГР = < 0.

I ГР Как видно из выражения (5.5), чем выше КУ, тем при большем возможном возмущении UВХ получаем заданное I. Наибольшее КУ будет при положительном RД.ГР.

КПД источника питания для некоторой рабочей точки с параметрами U1, I1 равен:

UXX - I RБ I 1 = = 1- = 1- I1, (5.6) UXX IКЗ UХХ где IКЗ = - ток короткого замыкания источника питания;

RБ I I1 = - относительное значение тока нагрузки.

IКЗ Под действием возмущающих факторов возможно изменение характеристик газового разряда согласно рис.5.5. При этом рабочая точка переместится; ток нагрузки и напряжение на ней станут равны U2, I2. КПД для этого случая равен:

UXX - (I1 + I) R U R Б ВХ Б 2 = = 1 - I1, (5.7) UXX K У UВХ где U =.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.