Способ адаптивной защиты от коротких замыканий при электрических методах обработки и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК B23H7/18 

Изобретение относится к области элек-г- рофизиКОХИ мической обработки материалов и может быть использовано иезаш снмо от специфики применяемых методог, обработки для защиты электродов и си. ювых иеточни ков питания от действия токов короткогч) замыкания.

Це;1ью изобретения являетеи нонышение надежности защиты.

Це.чь достигается способом адаптивной занщты от коротких замыканий при электро-- физикохимических методах обработки, согласно которому измеряют текущ.ие знач{д-1ия монхности, выделяемой в межэлектродиом промежутке от действия силового тока и напряжения, определяют знаки производных от измеренной мондности и теку1;.,их значений мониюсти высокочастотных сигналов, и в моменты, когда знаки аронзволных ),м,новре- менно принимают положительное значе 1ие, нроизводят срабатывание зан,иты.

Все многообразие известных электро- физикохимичсских методов но механизму стрема материала разделить на три небольшие группы:электрохимические

(ЭХО), э. 1ектроэрозио;1ные (ЭЭС)) и комбинированные члектроэрозио11}1о-члектрохим {- ческие (ЭЭХО) .методы.

Принцип ада.птивности зан1иты -- сносабливаемость к специфике каждой rpyii- пы .методов. Проводят эксг еримеитальные исследования для он)еделения законо.чер- ности измерения отделы- ых э..1ектричсских параметров, характеризующих развитие ко- )отких замыканий и являющихся общи.ми для всех названных i pyiin метод.)в. Установлено, что мощность Р, выделяемая в .чеж- электродном промежутке от действия сило, т вого тока / и напряжения U, / .l,

i о

увеличивается перед коротким за.мыкаь:иом в случае ЭХО и уменьшается лри тех ж-е условиях (величина и форма приложен лого напряжения, мощность источника гнггаиии, илопхадь и .материал обрабатыв .емой детали в случаях ЭЭО и ЭЭХО.

Уменьшение мониюсти в двух нос..1С-Д1н-1х случаях объясняется падаюпхик ха1)актером вольтамиерных характеристик (ВАХ) источников нитания (эквивалентны источникам тока), применяемых для осу неств;1е1н;к процессов ЭЭО и ЭЭХО. Длн Э.ХО исно.-ь- зуются исч очники питания с жесткой Е.Л.Х.

Ес..пи инвертировать значения мон.и-юсти Р в случаях ЭЭО и ЭЭХО, то одной из закономерностей для всех rpviHi мслздсм является увеличение MOHUIOCTH Р перед коротким замыканием. Как нсжачали экене- римеитальные нсследснишии, измерение ria- раметра Р яв.чяется необход,ил1ым, но недостаточным условие. реа;|иза1и-1и иринн.ииа адагггивности заниггы. Недоетаточисеть связана с паразитной зависимостью данного параметра от площади обработки (ЭХО) и чистоты оабочей жидкости (ЭЭО, ЭЭ.КО).

5

0

0

0

Для того, чтобы в полной мере выполнялся принцип адаптивности защиты необходимо из.мерение MOLUHOCTH высокочастотных сигналов /Л ., возникающих в цепи силового тока (напряжения) в любом из названных методов, несмотря на разную природу возникновения в каждом из .методов обработки. Оби1.ей закономерностью выеокочас- тотны.х сигналов является рост их мощности перед коротким замыканием. В отличие от .мощности Я, мощность Рач и.меет паразитные зависимости от силового напряжения и давления рабочей жидкости.

Таким образо1М, одь овременное И31мере- ние параметров Р и Рач позволяет компенсировать недостатки, нрисущие каждому параметру в отдельности и обеспечить реализацию принципа адаптивности защиты.

Способ реализуется устройством, содержащим два ди-фферен.шрующих устройства, подсоединенных ко входам обратно вклю- qeHfibLx диодов, фильтр высоких частот, за- даюн ие устройства, подсоединенные к одним входам двух пороговых устройств, ключ, схему совладений, привод подачи и источник питания. подк;1ючеь ные к межэлектродному промежутку. В него введены третье и четвертое допо;| Петельные дифференцирующие устройства, два инвертора и вторая схема совнадений, при этом входы умножаюн его устройства и первых двух дифференцирующих устройств, параллельно связанных выходом одного из диодов с одним входом первой схемы совиаде жй, а выходом второго диода через первый инвертор со вторым входом первой схе.мы совпадений, подключены к межэлектродному промежутку, один выход умножающего устройства соединен со входом фильтра высоких частот, а другой выход через третье дифференцирующее устройство, второй инвертор и включенный параллельно ему KJIIOM, связанный с выходом первой схемы совпадений, подсоединен к другому входу первого порогового устрой- лва, выход которог о подключен к одно.му входу второй схемы совпадений, другой вход которой через второе пороговое устройство li четвертое ди.фференпирующее устройство с вязан с выхо.аом фильтра высоких частот, выход второй схемы совиадений подсоединен к приводу подачи и источнику гп-1тания.

На фиг. показаны временные диаграммы, гюяспяющие принцип способа; на фиг . 2 -- блок-схема устройства; на фиг. 3 - характерные г)сциллограм.мы токов i и напряжений и.

Пример. В зависимости от используе.мого метода электрофизикохимической обработки (ЭХО, ЭЭО, ЭЭХО) произво.дят пря.мое (случай ЭХО) или обратное (случай ЭЭО и ЭЭХО) измерение текуищх З11ачений мощ- ноети Я, выделяемой в межэлектродиом промежутке, от действия силового тока / и иа- ипяжепий и.

Для ЭХО Р - W-iat,

о

где Т- период силового напряжения. Для ЭЭО и ЭЭХО Я 4-У

Затем определяют знак производной

Р -- (или Р ) от измеренной мощ-

ности. Положительный знак Р(Р) соответствует уменьшению межэлектродного проме- жутка, отрицательный - увеличению. J3 связи с тем, что на установление знака Р(Р) также оказывают влияние изменение площади обработки (ЭХО) и чистоты рабочей жидкости (ЭЭО, ЭЭХО), одновременно с измерением Р(Р) производят измерение мощ- ности высокочастотных сигналов

. IDS

РВЧ ij {/вч гвча/,

.184

где 7вч - период колебаний высокочастот- ных сигналов, причем 7вч (2- 5)10 с;

(пч, UB - ток И напряжение высокочастотных сигналов (измеряются посредством фильтрации соответственно в целях силового тока и напряжения),

и определяются знак производной Ач

at

Положительный знак Рвч соответствует уменьшению межэлектродного промежутка, отрицательный - увеличению. Срабатывание заидиты производят в моменты времени (например, мо.меут 4 фиг. 1), когда знаки производных Р(Р) и РВЧ одновременно принимают положительное значение. Экспери- ментально установлен о,что положительные знаки производных Р(Р) и Рвч, если они устанавливаются не одновременно, не связаны с развитием коротких замыканий в зоне обработки. Так, положительный знак Р (момент ) может иметь место при уве- личении площади обработки (ЭХО). Соответственно положительный знак Р может устанавливаться при загрязнении рабочей жидкости, когда высока вероятность пробоев столба жидкости через частицы (ЭЭО, ЭЭХО). При этом РВЧ, если не происходит изменения промежутка, будет иметь нулевое значение .(интервал /i-/5)- Положительный знак Рвч (интервал О-1) может устанавливаться из-за повышения напряжения на промежутке, а также уменьшения давления рабочей жидкости в нем. При этом же производная Р(Р), если не происходит уменьшения промежутка, будет иметь нулевое значение (интервалы и )- Очевидно, что только одновременная устанрв1 а положительных знаков производных Р(Р) и Рвч однозначно характеризует уменьшение межэлектродного промежутка, т. е. развитие короткого замыкания в зоне обработки.

Одновременное измерение параметров Р(Р) и РВЧ повышает надежность защиты не .менее 4eiM в 2 раза, так как исключаются паразитные связи, влияющие на каждый пара.метр в отдельности. Кроме того, однр- временное использование параметров Р(Р) и РВЧ расширяет функциональные возможности защиты, так как она без перенастройки аппаратной части (без изменения принципа действия) может быть использована для любого из электрофизикохимических методов обработки.

Таким образом, одновременная регистрация знаков параметров Р(Р) и Рвч обеспечивает адаптивность защиты к специфике используемых методов обработки и тем самым обеспечивает сверхсум.марный эффект от их использования.

Устройство, реализующее способ адаптивной защиты от коротких замыканий при электрофизикохи.мических методах обработки, содержит умножающее устройство 1, вход которого совместно со входами дифференцирующих устройств по току 2 и напряжению 3 подключен к межэлектродному промежутку 4. Дифференцирующее устройство по току 2 через диод 5 связано с первым входом первой схе.мы 6 совпадений, второй вход которой через первый инвертор 7 и обратно включенный по отношению к диоду 5 диод 8 связан с выходом дифференцирую- щего устройства по напряжению 3. Умножающее устройство 1 одним выходом через третье дифференцирующее устройство 9 и параллельно включенные второй инвертор 10 и ключ 11, подключенный к выходу первой схе.мы б совпадений, соединено с одним входом первого порогового устройства 12, второй вход которого подключен к задающему устройству 13. Второй выход умножающего устройства 1 через фильтр 14 высоких частот и четвертое дифференцирующее устройство 15 соединен с одним входом второго порогового устройства 16, второй вход которого подключен ко второму задающему устройству 17. Выходы пороговых устройств 12 и 16 подключены ко второй схеме 18 совпадений, соединенной выходом с приводом 19 подачи и источником 20 питания.

Устройство работает следующим образом.

После начала процесса обработки технологический ток / и напряжение U (фиг. 2) поступают на входы умножающего устройства 1 и соответственно дифференцирующих устройств по току 2 и напряжению 3.

Если обработка ведется методом ЭХО (фиг. 3), для которого характерно синхронное из.менение тока i относительно напряжения и, на выходе дифференцирующих устройств 2 и 3 будут присутствовать сигналы всегда одинакового знака. Униполярные сигналы одним из обратно включенных диодов 5 или 8 не будут пропускаться на один

5

из входов схемы 6 совпадений. В результате ключ И будет оставаться включенным на весь период обработки. Сигналы, пропорциональные мощности Р, выделяемой в межэлектродном промежутке 4, с выхода умно- жаюи1его устройства 1 поступают на входы дифференцирующего устройства 9 и фильтра 14 высоких частот. В связи с тем, что ключ 11 при обработке методом ЭХО остается включенным в процесс обработки, сигналы Р с выхода дифференцирующего уст- ройства 9 минуют инвертор 10 и через ключ 11 поступают на вход порогового устройства 12. ЕСЛИ уровень сигнала Р превышает величину опорного напряжения Рза.1, генерируемого задающим устройством 13, то на выходе порогового устройства 12 форми- руется сигнал А (фиг. 1).

Уровень Рзад выбирают из условия ком- пенсаци и слабых паразитных колебаний сигнала Р, инициируемых нестабильностью работь электронных узлов устройства защиты. Сигнал, пропорциональный мощности высокочастотных колебаний Рвч, с выхода фильтра 14 высоких частот через дифференцирующее устройство 15 поступает на вход порогового устройства 16. Если уровень сигнала Рвч превыщает величину опорного напряжения Рвч зад, генерируемого задающим устройством 17, то на выходе порогового устройства 16 формируется сигнал В (фиг. 1). Уровень Рвч зад выбирают из того же условия, что уровень Рзад. Сигналы А и В, если они поступают одновременно, произ- водят срабатывание схемы 18 совпадений, Последняя формирует сигнал Д (фиг. 1) и осуществляет останов (реверс) привода 19 подачи и выключение источника 20 питания.

Если обработка ведется методом ЭЭО или ЭЭХО, для которых характерны моменты времени (фиг. 3), когда наруашется синхронное изменение тока / относительно U (спаду напряжения U соответствует рост /, моменты 1, t-2, 1з и т. д.), на Е ыходе дифференцирующих устройств 2 и 3 будут возникать разнополярные сигналы. Они про- пускаются обратно включенными диодами 5 и 8, и после инвертирования инвертором 7 одного из сигналов одновременно одной полярности (положительной) поступают на вход схемы совпадений 6. Последняя срабатывает и выключает ключ 11, после чего сигнал Р с выхода дифференцирующего устройства 9 поступает на вход порогового устройства 12 через инвертор 0. Инвертированный сигнал Р будет положительным, если в зоне обработки имеет место умень- шение межэлектродного зазора. В остально.м работа устройства полностью аналогична работе устройства в рассмотренном примере, когда обработка производилась методом ЭХО.

6

Таким образом, Г1)едлагаемое устройст.во позволяет без изменения аппаратной части автоматически приспосабливаться (адаптироваться) к специфике любого из электрофизико-химических методов обработки, что существенно расп:иряет его ф нхциональр5ые возможности.

Q 5

0 о

Q

5

Формула изобретения

. Способ адйптиБной защиты от коротких замыканий при электрических методах обработки, согласно которому в качестве информационного параметра о развитии коротких замыканий используют текущие значения мощности высокочастотных сигналов, отличающийся то.м, что, с це..1ью новышения нал.е.жности , допол1 и- тельно измеряют текуп1ие значе1-1ия мощности, выделяемой в межзлектп-удном промежутке от действия си. ;ово1 о тока и напряжения, опреде::яют знаки 1 роизоОдных от измеренных знамений моп1нос 1 сй и в моменты, когда знаки производных одяозрегн енно принимают положительное значение, осуществляют срабатывание защиты.

2. Устройство адаптивной защиты от коротких за.мыканий при электрических .методах обработки, содержащее умножающее и два дифференцируютцкх устоойства, фильтр высоких частот, устройства, подключенные к входам ЯР.УХ пороговых устройств, ключ, первую c.. совпадений, а также приво. л подач; и 1-:сточник питания, подключенные к ме кэле -: родному нро.межутку, отличаюш,(;еся тем, что, с целью новыи ения надежтюстк за1Г,)1 ь него дополнительно введены т рет)е и четвертое дифференцирующие устройства, два инвертора и вторая схема сонпадениГк при этом первые два дифференцирую1цих устройства параллельно связаны с входами первой схемы совпадений через диод и через диод и первый инвертор соответственно, а входы этих дифференцирующих устройств и входы умножающего устройства подключены к межэлектродному промежутку, один вьгход умножающего устройства соединен с входом фильтра высоких частот, другой его выход через третье дифференцирующее устройство, второй инвертор и включенный параллельно ему ключ, связанный с выходом первой схемы совпадений, подсоеди11ен к свободному Е;ходу первого тюрогового устройства, выход которого подключен к одному входу второй схемы совпадений, другой вход которой -;ерез второе пороговое и четвертое дифсреренцирую- |цее устройства связан с выходом фильтра высоких частот, а выход второй схемы совпадений подключен к приводу гклчачк и источнику питания.

Р{Р)

Изобретение относится к электрофизи- кохимической обработке материалов и позволяет повысить надежность защиты от коротких замыканий. В качестве информационного параметра о развитии коротких замыканий используют текущие значения мощности высокочастотных сигналов и осуществляют измерение текущего значения мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке от действия силового тока и напряжения. Определяют знаки производных от измеренных значений мощностей и в моменты, когда знаки производных одновременно принимают положительное значение, производят срабатывание защиты. Устройство содержит у.множающее устройство 1, вход которого совместно с входа.ми дифференцирующих устройств 2 и 3 по току и напряжению подключен к межэлсктрод- ному промежутку 4. Дифференцирующее устройство 2 по току через диод 5 связано с первым входом первой схемы 6 совпадений, второй вход которой через первый инвертор 7 и обратновключенный по отнощепию к диоду 5 диод 8 связан с выходом дифференцирующего устройства 3 по напряжению. Умножающее устройство 1 одним выходом через дифференцирующее устройство 9 и параллельно включенные второй инвертор К) и ключ 11, подключенный к выходу первой схемы 6 совпадений, соединено с одним входом первого порогового устройства 12, второй вход которого подключен к задающему устройству 13. Другой выход умножающего устройства 1 через фильтр 14 высоких частот и дифференцирующее устройство 15 соединен с первым входом 1зторо- го порогового устройства 16, второй вход которого подключен к второму задающему устройству 17. Выходы пороговых устройств 12 и 16 подключены к второй схе.ме 18 совпадений, соединенной выходом с приводом 19 подачи и источником 20 питания. 2 с. п. ф-лы, 3 ил. SS СО 1чЭ СП ел со rs5 00

/.V чзад

В

и

3X0

I

Составитель И. Комарова

Редактор Н. ЕгороваТехред И. ВересКорректор Т. Колб

Заказ 4756/13Тираж 1001Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2Т-3

фиг 3