Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів

Реферат: Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів належить до електротехніки, а саме до генераторів імпульсних струмів (ГІС), і може бути використаний в різних розрядноімпульсних технологіях: в установках для зняття залишкових напружень, очищення лиття, в установках для високовольтного електророзрядного методу синтезу нанорозмірного вуглецю, електрофільтрації екологічно небезпечних промислових викидів та інших. Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів, підключений до промислової трифазної мережі живлення, що містить некерований зарядний пристрій, ємнісний накопичувач енергії, високовольтний комутатор, електродну систему та пристрій захисної комутації, та додатково оснащено керованими ключами і пристроєм керування частотою розрядних імпульсів. За допомогою високовольтного генератора імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів можливе регулювання частоти розрядних імпульсів при фіксованих значеннях напруги і ємності ємнісного накопичувача енергії при використанні некерованого зарядного пристрою. Це дозволить розширити функціональні можливості та область використання генератора для різних розрядноімпульсних технологій. UA 106665 C2 (12) UA 106665 C2 UA 106665 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до електротехніки, а саме до генераторів імпульсних струмів (ГІС), і може бути використаний в різних розрядноімпульсних технологіях: в установках для зняття залишкових напружень, очищення лиття, в установках для високовольтного електророзрядного методу синтезу нанорозмірного вуглецю, електрофільтрації екологічно небезпечних промислових викидів та інших. 5 Відомий генератор імпульсних струмів (А.с. 1638792А1 СССР, МПК Н 03 К 3/53. Генератор импульсов тока. А.-Г. Г. Иванов, И.Т. Вовк, П.Н. Гомберг, A.M. Курач. Опубл. 30.03.91, БИ. 12.), що містить послідовно з'єднані навантаження керованого повітряно-іскрового розрядника (високовольтний комутатор, електродну систему і навантаження) і зарядного блоку, який складається зі струмообмежувального блока, підвищувального трансформатора з випрямлячем (некерований зарядний пристрій), та батарею конденсаторів (ємнісний накопичувач енергії), при цьому керований вхід керованого повітряно-іскрового розрядника, що пробивається, підключено через блок керування до виходу датчика напруги, який підключено паралельно до батареї конденсаторів або до входу підвищувального трансформатора, а керований повітряно-іскровий розрядник виконано у вигляді керованого і некерованого електродів розрядника, при цьому керований електрод повітряно-іскрового розрядника, що пробивається, з'єднано зі штоком, підключеним до виходу блока керування, що містить привід, вихід якого з'єднано зі штоком, а вхід - з виходом датчика напруги через трьохпозиційний регулятор і вимірювач амплітуди імпульсів. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, який заявляється, наступні: високовольтний генератор імпульсних струмів, що містить некерований зарядний пристрій, ємнісний накопичувач енергії, високовольтний комутатор, електродну систему, при цьому вихід некерованого зарядного пристрою з'єднано з входом ємнісного накопичувана енергії, до виходу якого послідовно підключено високовольтний комутатор і електродну систему. До причини, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що при використанні відомого ГІС, у складі якого є блок керування високовольтним комутатором, можливо здійснити стабілізацію напруги і відповідно частоти розрядних імпульсів, але неможливо змінити частоту розрядних імпульсів. Це зумовлено тим, що при використанні ГІС, в якому некерований зарядний пристрій забезпечує фіксовану потужність, що задає фіксоване відношення між такими технологічними параметрами, як вихідна напруга ємнісного накопичувача енергії і частота розрядних імпульсів, неможливо змінювати частоту розрядних імпульсів. Найбільш близьким за сукупністю ознак до винаходу, що заявляється, є генератор імпульсних струмів (Генератор импульсных токов ГИТ-50. Технические условия ТУ 16-435.13886), підключений до промислової трифазної мережі живлення, що містить зарядний блок, високовольтні конденсатори, високовольтний комутатор, вихід 50 кВ на навантаження та електроблокування для розряду високовольтних конденсаторів, при цьому вихід зарядного блока з'єднано з входом високовольтних конденсаторів, до виходу яких послідовно підключено високовольтний комутатор і вихід на навантаження, а електроблокування підключено до високовольтних конденсаторів паралельно. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі: високовольтний генератор імпульсних струмів, підключений до промислової трифазної мережі живлення, що містить некерований зарядний пристрій (зарядний блок), ємнісний накопичувач енергії (високовольтні конденсатори), високовольтний комутатор, електродну систему (вихід 50 кВ на навантаження) та пристрій захисної комутації (електроблокування), при цьому вихід некерованого зарядного пристрою з'єднано з входом ємнісного накопичувача енергії, до виходу якого послідовно підключено високовольтний комутатор і електродну систему, а пристрій захисної комутації підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно. До причини, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що при використанні ГІС, в якому некерований зарядний пристрій забезпечує фіксовану 2 55 потужність ( P  C  U  f / 2 ) і задає фіксоване відношення між такими технологічними параметрами як вихідна напруга ємнісного накопичувача енергії (U), його ємність (С) і частота розрядних імпульсів (f), частота розрядних імпульсів залежить від обраних значень перерахованих параметрів і не може бути зміненою у разі необхідності відповідно до вимог технологічного процесу при використанні того ж самого некерованого зарядного пристрою. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів шляхом введення нових елементів у схему, що дозволить регулювати частоту розрядних імпульсів при фіксованих значеннях напруги і ємності ємнісного накопичувача енергії при використанні некерованого зарядного пристрою. Це 1 UA 106665 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дозволить розширити функціональні можливості та область використання генератора для різних розрядноімпульсних технологій. Суть винаходу полягає в тому, що високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів, підключений до промислової трифазної мережі живлення, що містить некерований зарядний пристрій, ємнісний накопичувач енергії, високовольтний комутатор, електродну систему та пристрій захисної комутації, при цьому вихід некерованого зарядного пристрою з'єднано з входом ємнісного накопичувача енергії, до виходу якого послідовно підключено високовольтний комутатор і електродну систему, а пристрій захисної комутації підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно, згідно з винаходом, його оснащено керованими ключами і пристроєм керування частотою розрядних імпульсів, при цьому входи керованих ключів підключено до промислової трифазної мережі живлення, а їх виходи з'єднано з входом некерованого зарядного пристрою, а вхід пристрою керування частотою розрядних імпульсів підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно, а його вихід - до керуючих входів керованих ключів. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознаки "його оснащено керованими ключами і пристроєм керування частотою розрядних імпульсів, при цьому входи керованих ключів підключено до промислової трифазної мережі живлення, а їх виходи з'єднано з входом некерованого зарядного пристрою, а вхід пристрою керування частотою розрядних імпульсів підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно, а його вихід - до керуючих входів керованих ключів" дозволяють регулювати частоту розрядних імпульсів при фіксованих значеннях напруги і ємності ємнісного накопичувача енергії при використанні некерованого зарядного пристрою. Це дозволить розширити функціональні можливості та область використання генератора для різних розрядноімпульсних технологій. Блок-схему високовольтного генератора імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів наведено на кресленні. Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів містить керовані ключі 1, входи яких підключено до промислової трифазної мережі живлення, некерований зарядний пристрій 2, ємнісний накопичувач енергії 3, високовольтний комутатор 4, електродну систему 5, пристрій захисної комутації 6 для розряду ємнісного накопичувача енергії 3 та пристрій керування частотою розрядних імпульсів 7. Виходи керованих ключів 1 з'єднано з входом некерованого зарядного пристрою 2. Вихід некерованого зарядного пристрою 2 з'єднаний з входом ємнісного накопичувача енергії 3, до виходу якого послідовно підключено високовольтний комутатор 4 і електродну систему 5. Пристрій захисної комутації 6 підключено до ємнісного накопичувача енергії 3 паралельно. Вхід пристрою керування частотою розрядних імпульсів 7 підключено до ємнісного накопичувача енергії 3 паралельно, а його вихід - до керуючих входів керованих ключів 1. Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів працює наступним чином. Попередньо пристрій захисної комутації 6 для розряду ємнісного накопичувача енергії 3 встановлюють у стан, при якому знято блокування виводів конденсаторної батареї ємнісного накопичувача енергії 3. Від трифазної промислової мережі живлення крізь керовані ключі 1 та некерований зарядний пристрій 2 відбувається зарядка ємнісного накопичувача енергії 3 до заданої зарядної напруги. Зарядна напруга може бути задана, наприклад, за допомогою некерованого повітряного високовольтного комутатора 4 шляхом завдання міжелектродного проміжку, який відповідає заданій напрузі, або за допомогою керованого високовольтного комутатора 4, який спрацьовує при досягненні заданого рівня напруги на ємнісному накопичувачі енергії 3. При досягненні заданої зарядної напруги високовольтний комутатор 4 спрацьовує і підключає ємнісний накопичувач енергії 3 до електродної системи 5, завдяки чому відбувається розряд ємнісного накопичувача енергії 3 на навантаження, яке розташовано в міжелектродному проміжку електродної системи 5. При розряді ємнісного накопичувача енергії 3 напруга на ньому змінюється у напрямку різкого спаду. Ця інформація приходить на вхід пристрою керування частотою розрядних імпульсів 7, який подає зі свого виходу на керуючі входи керованих ключів 1 керуючий сигнал, що розмикає керовані ключі 1 і відключає некерований зарядний пристрій від трифазної мережі живлення. 2 UA 106665 C2 t 1  t зар ƒ Згідно з робочим процесом заданої розрядноімпульсної технології, за формулою розраховують витримку часу t з урахуванням відомого для некерованого зарядного пристрою 2, 5 10 15 20 25 30 35 що використовується, часу заряду ємнісного накопичувача t зар та, відповідно, до заданої частоти ƒ розрядних імпульсів. Після витримки часу t пристрій керування частотою розрядних імпульсів 7 подає сигнал на керуючі входи керованих ключів 1, який замикає керовані ключі і підключає некерований зарядний пристрій 2 до трифазної мережі живлення. Процес повторюється. Як пристрій керування частотою розрядних імпульсів 7 можна використовувати логічну схему, підключену крізь подільник напруги до виходу ємнісного накопичувача енергії, або програмований логічний контролер, який може виконувати крім завдання заданої витримки часу на замикання керованого розрядника також інші функції, наприклад, при досягненні заданої напруги на ємнісному накопичувачі енергії подавати сигнал як на розмикання керованих ключів 1, так і на керований вхід високовольтного комутатора 4 для його спрацьовування. Як керовані ключі можна використовувати твердотільні реле, виконані, наприклад, у формі альтерністорів SSRPCDS75A2 (http://www. schneider-electric.com). або RAM1A60D75 (http://www.gavazzi-automation.com), які мають необмежений ресурс спрацьовування. 5 Використання електромеханічних реле недоцільно, тому, що їх ресурс (близько 10 ) не 7 забезпечить ресурс ГІС, який дорівнює близько 10 розрядних імпульсів. Таким чином, застосування високовольтного генератора імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів дозволить регулювати частоту розрядних імпульсів при фіксованих значеннях напруги і ємності ємнісного накопичувача енергії при використанні некерованого зарядного пристрою. Це дозволить розширити функціональні можливості та область використання генератора для різних розрядноімпульсних технологій. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Високовольтний генератор імпульсних струмів з керованою частотою розрядних імпульсів, підключений до промислової трифазної мережі живлення, що містить некерований зарядний пристрій, ємнісний накопичувач енергії, високовольтний комутатор, електродну систему та пристрій захисної комутації, при цьому вихід некерованого зарядного пристрою з'єднано з входом ємнісного накопичувача енергії, до виходу якого послідовно підключено високовольтний комутатор і електродну систему, а пристрій захисної комутації підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно, який відрізняється тим, що його оснащено керованими ключами і пристроєм керування частотою розрядних імпульсів, при цьому входи керованих ключів підключено до промислової трифазної мережі живлення, а їх виходи з'єднано з входом некерованого зарядного пристрою, а вхід пристрою керування частотою розрядних імпульсів підключено до ємнісного накопичувача енергії паралельно, а його вихід - до керуючих входів керованих ключів. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3