Пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом

Реферат: Винахід належить до силової перетворювальної техніки, яку використовують у порошковій металургії і стосується пристрою електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом. Пристрій містить підключені до джерела живлення випрямляч, імпульсний трансформатор високої потужності, дроселі та електроди. Згідно з винаходом, додатково оснащений фільтром, підключеним паралельно до випрямляча, блоком зарядки фільтра, що містить паралельно з'єднані ключ та струмообмежуючий резистор і підключений послідовно до випрямляча, транзисторним напівмостовим інвертором напруги, підключеним паралельно до фільтра, блоком подвоювача струму, що містить польові транзистори та дроселі, вхід якого підключений до транзисторного напівмостового інвертора напруги за допомогою імпульсного трансформатора високої потужності, а вихід - до електродів, та системою керування транзисторами. Технічний результат: можливість керувати формою та амплітудою вихідного струму при його широтно-імпульсному модулюванні і за рахунок цього створювати струм необхідної величини і форми, зменшення масогабаритних показників пристрою. UA 97908 C2 (12) UA 97908 C2 UA 97908 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до силової перетворювальної техніки, яку використовують у порошковій металургії, а саме в технології спікання порошкових матеріалів електричним струмом для отримання сплавів різних композиційних, металевих та неметалевих порошків. Відомий пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом, [а. с. СРСР № 685438, МКИ2 B22F 3/12. Опубл. 15.09.1979, № 34], що містить джерела постійного і змінного струму, які з'єднані паралельно і підключені до порошку, що спікається, через електроди-пуансони, при цьому джерела постійного і змінного струму містять випрямляч та дроселі. Джерело змінного струму містить блоки формування, запису та відтворення програми зміни змінного струму, посилювач, лінію затримки сигналу, резонансне коло та блок його регулювання. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі: пристрій містить випрямляч, дроселі та електроди. До причин, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що використання двох джерел постійного і змінного струму високої потужності і елементної бази пристрою веде до збільшення габаритів пристрою та необхідності варіювання режиму його роботи за допомогою дискретної зміни номіналу реактивних елементів. Як прототип прийнято пристрій для електричного спікання дискретних часток [Patent 3250892 USA. Apparatus for electrically sintering discrete bodies / Kiyoshi Inoue (Japan). Publ. 05.10.66], що містить джерела постійного і змінного струму, які з'єднані паралельно і підключені до порошку, що спікається, через електроди-пуансони, при цьому джерела постійного і змінного струму містять випрямляч, імпульсний трансформатор високої потужності та дроселі. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі: підключені до джерела живлення випрямляч, імпульсний трансформатор, дроселі та електроди. До причин, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що використання двох джерел постійного і змінного струму високої потужності і елементної бази пристрою веде до збільшення габаритів пристрою та необхідності варіювання режиму його роботи за допомогою дискретної зміни номіналу реактивних елементів. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пристрою електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом шляхом введення нових елементів та з'єднань, що дозволить керувати формою та амплітудою вихідного струму при його широтноімпульсному модулюванні і за рахунок цього створювати струм необхідної величини і форми, який підводиться до порошкового матеріалу, що спікається. Крім того, використання одного джерела струму складної форми дозволить зменшити масогабаритні показники пристрою. Суть винаходу полягає в тому, що пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом містить підключені до джерела живлення випрямляч, імпульсний трансформатор високої потужності, дроселі та електроди, згідно з винаходом, додатково оснащений фільтром, підключеним паралельно до випрямляча, блоком зарядки фільтра, що містить паралельно з'єднані ключ та струмообмежуючий резистор і підключений послідовно до випрямляча, транзисторним напівмостовим інвертором напруги, підключеним паралельно до фільтра, блоком подвоювача струму, що містить польові транзистори та дроселі, вхід якого підключений до транзисторного напівмостового інвертора напруги за допомогою імпульсного трансформатору високої потужності, а вихід до електродів, та системою керування транзисторами. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, слід відзначити таке: Ознака: "додатково оснащений фільтром, підключеним паралельно до випрямляча, блоком зарядки фільтра, що містить паралельно з'єднані ключ та струмообмежуючий резистор і підключений послідовно до випрямляча, транзисторним напівмостовим інвертором напруги, підключеним паралельно до фільтра, блоком подвоювача струму, що містить польові транзистори та дроселі, вхід якого підключений до транзисторного напівмостового інвертора напруги за допомогою імпульсного трансформатора високої потужності, а вихід до електродів, та системою керування транзисторами" дозволяє, по-перше, покращити функціональні можливості пристрою за рахунок широтно-імпульсного модулювання при керуванні формою та амплітудою вихідного струму при обраних параметрах реактивних елементів пристрою електроживлення; по-друге, об'єднати джерела постійного і змінного струму в одне джерело струму складної форми і за рахунок цього зменшити масогабаритні показники пристрою. Електрична схема пристрою електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом приведена на кресленні. Пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом підключений до трифазної мережі промислового живлення (380 В, 50 Гц) (ДЖ) 1 і 1 UA 97908 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 містить трифазний випрямляч (ВП) 2, блок зарядки фільтра (БЗФ) 3, фільтр (С1) 4, транзисторний напівмостовий інвертор напруги (ІН) 5, імпульсний трансформатор високої потужності 6, блок подвоювача струму (БПС) 7 та систему керування (СК) 8. Пристрій електроживлення за допомогою електродів 9 підключений до порошкового матеріалу, що спікається, 10. Трифазний випрямляч (ВП) 2 виконано на діодах (VD1-VD6) 11. Блок зарядки фільтра (БЗФ) 3 містить паралельно з'єднані ключ (SA1) 12 та струмообмежуючий резистор (R1) 13. Блок напівмостового інвертора напруги (БІН) 5 виконано на транзисторах IGBT (VT1, VT2) 14, діодах (VD7, VD8) 15, конденсаторах (С2, С3) 16 та (С4, С5) 17. Блок подвоювача струму (БПС) 7 виконано на дроселях (LI, L2) 18 та польових транзисторах (VT3, VT4) 19. Пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом працює таким чином. Напруга трифазної мережі промислового живлення (ДЖ) 1 надходить на ВП 2 пристрою. Через діоди 11 випрямлена напруга надходить на фільтр 4, де зменшуються амплітуди гармонічних складових напруги, що передається на ІН 5. В початковий момент часу ключ 12 блоку захисту фільтра 3 знаходиться в розімкненому стані, а струм тече через струмообмежуючий резистор 13, заряджаючи фільтр 4. Після заряду фільтра 4 до номінальної напруги ключ 12 замикається і шунтує струмообмежуючий резистор 13. СК 8 подає сигнали на IGBT транзистори 14 ІН 5 та польові транзистори 19 БПС 7, в результаті постійна напруга перетворюється в змінну з необхідною частотою при широтноімпульсному модулюванні вихідного струму. Регулювання ємності конденсаторів 16 дозволяє вибрати режим роботи транзисторів 14 з мінімальними втратами на переключення. Амплітуда струму ІН 5 перетворюється імпульсним трансформатором високої потужності 6 і передається до БПС 7, який за рахунок вибору дроселів 18 та широтно-імпульсного модулювання струму системою керування 8 створює струм необхідної величини і форми, який підводиться до порошкового матеріалу, що спікається, 10, за допомогою електродів 9. Використання одного джерела струму складної форми дозволить зменшити масогабаритні показники пристрою. Крім того, широтно-імпульсне модулювання вихідного струму дозволить знайти енергоефективні режими роботи пристрою за рахунок зменшення втрат енергії в його елементах (струмообмежуючому резисторі, транзисторах, імпульсному трансформаторі високої потужності) і тим самим збільшити ККД пристрою. В лабораторії ІІПТ НАН України виготовлено макетний зразок пристрою електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом, який має потужність 10 кВт, сумарну силу суперпозиції постійного та змінного вихідного струму до 1 кА при напрузі до 10 В, частоту змінної складової струму до 10 кГц. Таким чином, запропонований пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом дозволить керувати формою та амплітудою вихідного струму при його широтно-імпульсному модулюванні і за рахунок цього створювати струм необхідної величини і форми, який підводиться до порошкового матеріалу, що спікається. Крім того, використання одного джерела струму складної форми дозволить зменшити масогабаритні показники пристрою. Також, широтно-імпульсне модулювання вихідного струму дозволить знайти енергоефективні режими роботи пристрою за рахунок зменшення втрат енергії в його елементах (струмообмежуючому резисторі, транзисторах, імпульсному трансформаторі високої потужності) і тим самим збільшити ККД пристрою. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом, що містить підключені до джерела живлення випрямляч, імпульсний трансформатор високої потужності, дроселі та електроди, який відрізняється тим, що він додатково оснащений фільтром, підключеним паралельно до випрямляча, блоком зарядки фільтра, що містить паралельно з'єднані ключ та струмообмежуючий резистор і підключений послідовно до випрямляча, транзисторним напівмостовим інвертором напруги, підключеним паралельно до фільтра, блоком подвоювача струму, що містить польові транзистори та дроселі, вхід якого підключений до транзисторного напівмостового інвертора напруги за допомогою імпульсного трансформатора високої потужності, а вихід - до електродів, та системою керування транзисторами. 2 UA 97908 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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