Генератори імпульсів

Вимоги до генераторів імпульсів (ГІ) містять у собі необхідність досягнення високого ККД. Крім того, вони визначаються властивостями між електродного проміжку (МЭП) — різко нелінійного елемента електричного ланцюга.

Стабільність імпульсів струму — сталість їхньої тривалості залежить від сталості властивостей проміжку і крутості переднього фронту імпульсу напруги. Чим більше ця крутість, тим стабільніші імпульси струму. Звідси випливає ще одна вимога до генераторів імпульсів — високий ступінь крутості переднього фронту імпульсу напруги.

Підведення імпульсів енергії до між електродного проміжку при електроерозійній обробці можна здійснити за структурною схемою, показаної на рис. 13.3, а.

Протягом часу τ_и замикається комутатор К і джерело живлення віддає навантаженню (МЕП) потужність Р _и, що у п раз перевершує середню потужність за період проходження імпульсів Т.

Потужність джерела живлення повинна бути рівної Р _и= I _m U _m, де I _m і U _m амплітудні значення напруги і струму протягом імпульсу. Вона витрачається тільки в проміжку часу τ_и.

При введенні в структурну схему нагромаджувача енергії потужність джерела може бути зменшена в п раз.

Схема електроерозійної установки, що забезпечує імпульсну роботу з накопичувачем енергії, приведена на рис. 13.3, б.

Протягом паузи τ_п комутатор К знаходиться в положенні 1 і через обмежувач струму накопичувачем від джерела живлення споживається потужність Р _п. Накопичувач при цьому запасає енергію А= Р _uτ_и, що при переключенні комутатора К. на час імпульсу τ_и в положення 2 віддає потужність Р _и=А/τ_и.

Робота з цієї схеми дає можливість трансформувати потужність джерела Р=Р _и τ_п у потужність, що витрачається на навантаженні.

ІМПУЛЬСНІ ГЕНЕРАТОРИ розрізняють за принципом дії, конструкції і параметрам імпульсів. ГІ умовно підрозділяють на залежні, обмежено залежні і незалежні. У перших з них параметри генеруючих імпульсів визначаються фізичним станом між електродного проміжку. У незалежних генераторах імпульси не зв'язані зі станом МЕП.

Електрична енергія в накопичувачі може запасатися у виді електричного поля конденсатора або електромагнітного поля індуктивної котушки. Застосовуються також комбіновані накопичувачі, що містять активний опір, ємність і індуктивність - релаксаційні генератори (рис. 13.4). У процесі їхньої розрядки витрачається енергія, накопичена в реактивних елементах ланцюга (чи конденсаторі індуктивній котушці).

RС - генератор імпульсів (рис. 13.4, а) складається з послідовно з'єднаних джерела живлення G, ключа К, струмо обмежуючого опору R₁ і накопичувального конденсатора С ₁, підключеного паралельно МЕП.

Ємнісний накопичувач заряджається від джерела живлення через обмежуючий опір R₁, завдяки чому зарядний струм багато менше струму імпульсу τ_і.

До кінця зарядки напруга U _c буде дорівнює напрузі джерела живлення. Розрядка відбувається протягом часу τ _і=Т/п. У випадку великої скважності імпульсів середнє значення розрядного струму під час проходження імпульсу τ_і в п раз більше струму зарядки, тому ємнісний нагромаджувач є власне кажучи трансформатором струму.

В індуктивному накопичувачі швидкість наростання струму в індуктивності визначається її значенням і прикладеною напругою. Необхідна сила струму І може бути отримана і при малих значеннях спадання напруги на індуктивності U_L,<U_і, тобто індуктивний накопичувач також можна розглядати як трансформатор струму.

У процесах електроерозійної обробки більш широко застосовуються генератори з ємнісним накопичувачем, оскільки індуктивний накопичувач уступає ємнісному за енергетичними показниками.

Схема імпульсного LС-генератора показана на рис. 13.4,6. Зарядний струм проходить до конденсатора С від джерела живлення G через обмотку вібратора L. Спочатку він притягає якір Я електромагнітного вібратора і збільшує між електродний проміжок, піднімаючи електрод-інструмент.

До кінця зарядки конденсатора струм через обмотку вібратора поступово спадає, електромагнітна сила яка утримує якір вібратора - слабшає й електроди починають зближатися, зменшуючи МЭП. Після пробою проміжку і проходження імпульсу струму цикл роботи генератора повторюється. Частота імпульсів визначається співвідношенням L і С в ланцюга генератора.

Генератори, виконані за такою схемою, мають високі КПД і продуктивність.

Введення в зарядний ланцюг RС- генератора індуктивності (перехід до генератора типу RLС підвищує ККД генератора, тому що в цьому випадку знижується струмо обмежуючий опір. RLС- генератори (рис. 13.4, в) працюють при більш низькій напрузі, чим RLС- генератори, тому що при наявності резонансу між індуктивністю і ємністю напруга на конденсаторі-накопичувачі виявляється більше напруги джерела живлення.

Коливальний процес виникає при (R^21/4L_{1_} (1/L₁ С) =0. У такому режимі роботи зарядного ланцюга напруга на конденсаторі наприкінці зарядного періоду τ_зар дорівнює майже подвоєної ЭДС. У дійсності максимальна напруга, до якого може зарядитися конденсатор, залежить від відношення R₁/(2L₁).

В електроерозійній обробці застосовується також LС- генератор імпульсів (рис. 13.4, г), у якому в якості струмо обмежуючого елемента використовується конденсатор C₁. Такий генератор володіє більш високим КПД у порівнянні з LC генератором з електромагнітним вібратором. Частотні властивості СL- генератора визначаються в основному частотними характеристиками діодів випрямляча В.

Основний недолік релаксаційних генераторів-зв'язок частоти імпульсів струму з фізичним станом МЭП. Він може бути усунутий, якщо в розрядний ланцюг увести керований перемикач, що у заданий момент часу підключав би до МЭП накопичувальний конденсатор.

Для живлення пристроїв електроерозійної обробки існують статичні генератори імпульсів, що регулюють тимчасові й енергетичні параметри в широкому діапазоні при відсутності накопичувальних елементів. У них легко формуються прямокутні й уніполярні імпульси. По способу генерування їх підрозділяють на генератори з незалежним збудженням, автогенератори й інвертори.

Конструктивно вони виконані в основному на транзисторному чи тиристорному напівпровідниковому приладах.

Структурна схема широкодіапазонного генератора імпульсів показана на рис. 13.5. Вона містить у собі джерело живлення, силові блоки, число яких може дорівнювати шести, з розділюючим діодом Д, блок підпалювання (поджига), задаючий генератор, попередній підсилювач потужності, робочий проміжок (МЭП), блок захисту від коротких замикань. До складу силових блоків і блоку (поджига) включені силові транзистори, що працюють у ключовому режимі і переключаються синхронно від задаючого генератора. При включенні транзисторів від блоку (поджига) подається малопотужний імпульс. Він сприяє пробою проміжку і формуванню низьковольтного розряду. До пробою розділовий діод Д замкнений. Після пробою напруга на проміжку знижується до 40—25 В, діод Д відкривається і через проміжок проходить імпульс струму, значення якого визначається кількістю включених паралельно силових блоків. Їхнє синхронне вимикання перериває розряд. При короткому замиканні електродного проміжку МЭП усі транзистори силових блоків відключаються. Подача імпульсів до електроерозійного проміжку відновляється після ліквідації короткого замикання.

Для електроерозійної обробки металів імпульсами великих енергій з частотою 50—100 Гц використовують статичні генератори імпульси-трансформатори промислової частоти з вентилем.

Імпульси енергії тривалістю до мілі секунд одержують за допомогою генераторів імпульсів, що за принципом роботи підрозділяють на комутаторні й індукторні генератори.

Машинний комутаторний генератор (МКГ) містить у собі перемінно-полюсну магнітну систему на статорі й обмотку на якорі. Обмотка якоря по його окружності розподілена нерівномірно, а на вузьких частинах під полюсами, яких у МКГ значно більше, ніж у звичайних машин, завдяки чому підвищується частота струму генератора. При обертанні якоря генератора в його обмотці, розташованої на вузькій ділянці напроти полюсів індуктора, у момент проходження нею перемінно-полюсного індуктора індуцюється симетрична імпульсна ЕРС.

Уніполяризацию імпульсів роблять за допомогою розташованого на одному валу з якорем колектора (комутатора), що складає з двох систем сегментів з накладеними на них щітками. Наявність пауз між імпульсами полегшує комутацію, оскільки перехід щіток з однієї системи сегментів на другу відбувається в моменти відсутності напруги в обмотці якоря.

Машинний індукторний генератор імпульсів (МТИ) електрична машина безколекторного типу, що виробляє перемінну напругу підвищеної частоти. Його основна особливість відсутність обертової полюсної системи, що замінена зубцюватим індуктором. Обмотки якоря і порушення розташовані на статорі генератора. Перемінний магнітний потік виникає за рахунок зміни опору магнітного ланцюга генератора, обумовленого зубчатостю обертового індуктора.

Унаслідок застосування зубцюватого індуктора одержують несиметричну криву перемінної напруги з різними амплітудами напівхвиль позитивної і негативної полярності. При досить малій амплітуді зворотної напівхвилі напруги пробій між електродного проміжку відбувається тільки при імпульсах напруги прямої полярності, у результаті чого імпульси струму будуть уніполярними.

Дата добавления: 2014-01-07