ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХСТАНКОВ Советский патент 1971 года по МПК B23H7/16 H03K3/26 

Изобретение относится к электрохимической обработке токопроводящих материалов.

В мощных полупроводниковых источниках питания для электрохимических станков регулирование напряжения на электрохимическом промежутке обычно осуществляется блоком на тиристорах, включенным в первичную цепь согласующего трансформатора. При этом в каждую фазу трансформатора включают симметричный тиристор (симмистор) либо обычные тиристоры по симметричной или несимметричной антипараллельчой схеме.

Недостатками этих источников питания являются отстающий коэффициент мощности и длительное время отключения при коротком замыкании электрохимического промежутка.

Предлагаемый источник питания для электрохимических станков отличается от известных тем, что в нем применена принудительная коммутация тиристоров. В цепь первичной обмотки согласующего трансформатора включены два параллельно соединенных блока на тиристорох, разобщенных в нулевой точке коммутирующим конденсатором. При этом один из блоков по отношению к другому является управляющим, или они периодически меняются ролями. В последнем случае блок тиристоров загружен на 50% по отнощению к полному току нагрузки, и, следовательно, не требуется увеличения общей

установленной мощности тиристорного блока для осуществления принудительной коммутации. В источнике предусмотрено устройство, ограничивающее перенапряжение на коммутирующем конденсаторе.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема источника питания, оба блока / и // выполнены на обычных тиристорах 1-12, включенных симметрично антипараллельно; на

фиг. 2 - первичная цепь источника, блоки /// и IV выполнены на си.ммпсторах 13-18. Как в первом, так и во втором варианте блоки включены в первичные обмотки 19-1, 19-2 и 19-3 согласующего трансформатора; блоки разобщены в нулевой точке коммутирующим конденсатором 20. На фиг. 3 рабочий блок V выполнен по несимметричной антипараллсльлой схеме на тиристорах 21-23 и вентилях 24- 26. Принудительная коммутация тиристоров

этого блока производится при помощи вспо.могательного блока управления VI на тиристорах 27-29. Для осуществления проме.жуточного переразряда коммутирующего конденсатора 20 предусмотрена цепь, состоящая из

тиристора 30 и дросселя 31, включенная параллельно конденсатору 20. Контур промежуточного переразряда (фиг. 4) используется в некоторых случаях и для схем, изображенных на фиг. 1 и 2. На фиг. 5-8 приведены

мутирующий конденсатор от перенапряжения. В схеме на фиг. 5 ограничение осуществляется за счет передачи избыточной энергии в сеть при помощи инвертора 32, подключенного непосредственно или через выпрямитель 33 к коммутирующему конденсатору 20. В схеме на фиг. 6 избыточная энергия передается в сеть при помощи трансформаторов 34-36, включаемых параллельно конденсатору 20 через симмисторы 37-39. В схеме на фиг. 7 избыточная энергия передается в цепь нагрузки 40, подключаемой к трансформатору 41 через выпрямитель 42. В цепь коммутирующего конденсатора 20 при этом включают дополнительный симмистор 43, исключающий разряд конденсатора 20 на защитную цепь в период коммутации. В схеме на фиг. 8 в защитную цепь включен балластный элемент 44, который в общем случае может иметь любое соотношение между активной и реактивной составляющими сопротивления. Во всех вариантах источника вторичные обмотки 19-4, 19-5 и 19-6 согласующего трансформатора через выпрямитель 45 присоединены к нагрузке 40.

Источник питания работает следующим образом (фиг. 1). Пусть блок / будет рабочим, а блок // управляющим.

Перед началом работы коммутирующий конденсатор 20 заряжается путем кратковременного открывания в каждом блоке по одному тиристору. Принудительная коммутация тиристоров - закрывание работающих тиристоров может осуществляться двумя способами. При первом из них работающий тиристор шунтируют путем параллельного подключения к нему коммутирующего конденсатора 20 с одновременной подачей на него отрицательного напряжения. Такое подключение коммутирующего конденсатора 20, заряженного с полярностью +, при работе тиристоров / и 4 с целью коммутации тиристора 4 осуществляют включением тиристора 10 управляющего блока //.

После изменения знака заряда коммутирующего конденсатора 20 подается сигнал на включение тиристора 6 другой фазы работающего блока /. До коммутации тиристора 4 к сети были подключены нервичные обмотки 19-1 и 19-2 согласующего трансформатора, а после коммутации тиристора 4 - обмотки 19-1 и 19-3; обмотка 19-2 отключается, обмотка 19-3 подключается. Коммутация остальных тиристоров работающего блока / производится аналогично.

При втором способе подключения ком.мутнрующего конденсатора 20 отрицательное напряжение на коммутируемый тиристор подается путем нодключения коммутирующего конденсатора 20 к носледующей фазе, т. е. к фазе трансформатора, которую необходимо включить иосле закрывания коммутируемого тиристора. Создаются условия форсировки нарастания тока в нодключаемой фазе. Итак, при работе тиристоров / и 4 и коммутации

тиристора 4 форсировка тока в подключае.мой обмотке 19-3 осуществляется за счет включения последовательно с ней коммутирующего конденсатора 20, заряженного с нолярностью

F при помощи тиристора 12 управляющего блока //. В этом случае отрицательное напряжение будет приложено к коммутируемому тиристору 4 до тех нор, пока сумма напряжений включаемой фазы С и на коммутирующем конденсаторе 20 будет превосходить величину фазового напряжения отключаемой фазы В. Включение последующего рабочего тиристора 6 осуществляется, как и в первом случае, после перезаряда коммутирующего

конденсатора 20 до заданного напряжения. Таким образом, последний способ подключения коммутирующего конденсатора 20 можно назвать коммутацией с форсировкой. Принудительная коммутация симмисторов в схеме

на фиг. 2 осуществляется аналогично.

При работе источника с изменением ролей блоков тиристоров, т. е. когда блоки I и II попеременно становятся управляющими и рабочими, подключение коммутирующего коиденсатора может осуществляться либо одним из рассмотренных способов, либо их чередованием.

Для применения одного способа необходим промежуточный перезаряд коммутирующего

конденсатора 20: параллельно ему включают дополнительную цепь (фиг. 4), состоящую из тиристора 30 и дросселя 31. Промежуточный перезаряд конденсатора происходит в период между рабочими коммутациями тиристоров.

Принудительная коммутация тиристоров рабочего блока в схеме, приведенной на фиг. 3, осуществляется также с промежуточны.м перезарядом коммутирующего конденсатора 20.

Если диапазон регулирования нанряжения источника больше двух, то, как известно, выпрямитель переходит в режим прерывистых токов. В этом случае во время коммутации тиристоров коммутирующий конденсатор заряжается до момента полного прерывания тока в отключаемых первичных об.мотках согласующего трансформатора. В связи с этим при больших мощностях источника ком.мутирующий конденсатор может заряжаться до

весьма высоких нанряжений за счет записи электромагнитной энергии во всех звеньях электрической цепи источника. Ограничение напряжения перезаряда на коммутирующем конденсаторе можно осуществить тремя способами в зависимости от конкретных требований, предъявляемых к источнику.

Первый способ состоит в передаче избыточной энергии из цепи коммутации в питающую сеть (фиг. 5 и 6). Второй способ (фиг. 7)

основан на передаче избыточной электромагнитной энергии в нагрузку - электрохимический промежуток. Третий способ (фиг. 8) состоит в ограничении тока в цепи нагрузки, для чего в цепь коммутируемых обмоток ограничивающий элемент 44 (резистор, дроссель и т. п.). Во всех трех случаях защитные цени подключаются симмисторами 37, 38, 39, 46 только но достижении на коммутирующем конденсаторе 20 напряжения заданной величины, необходимой для коммутации последующей пары тиристоров. В схеме на фиг. 6, с целью обеспечения заданной величины напряжения заряда на конденсаторе 20, подключается тот из трансформаторов 34, 35 и 36, липейное напряжение которого в данный момент выше. Например, при коммутации цепи с тиристорами 3 к 2 (фиг. 1) в фазах S и Л для передачи избыточной энергии в сеть включается трансформатор 36 (фиг. 6), подключенный к линейному напряжению ВС. Симмисторы 37-39, подключающие цепи трансформаторов 34-36, закрываются после прекращения передачи энергии в сеть под действием напряжения сети. В схемах на фиг, 7 и 8 симмистер 46, подключающий защитные цепи, закрывается в момент начала коммутации еледующей пары тиристоров рабочего блока, а симмистор 43 - после подключения защитной цепочки симмистором 46. Применение принудительной коммутации тиристоров позволяет отключить источник питания в течение 30-50 мксек при коротком замыкании электрохимического промежутка, что предохраняет от повреждения изделие и электроды инструмента. В момент короткого замыкания, или при снижении напряжения в электрохимическом промежутке ниже допустимого значения, по- 35 дается сигнал на преждевременную коммутацию работающих тиристоров, а сигнал на открывание последующих тиристоров не подается. Если требуемый диапазон регулирования напряжения лежит в пределах двух, то для ограничения заряда коммутирующего конденсатора в момент отключения источника при коротком замыкании целесообразно применять схему, представленную на фиг. 8. Симмистор 46 может в этом случае работать в режиме опрокидывания или управления. Схемы управления тиристорами и симмисторами не приведены, так как они могут быть выполнены по известным вариантам. Предмет изобретения 1. Источник питания для электрохимических станков с з-стройством регулирования на полупроводниках, например тиристорах или симмисторах, в первичной цепи согласующего трансформатора, вторичные обмотки которого через выпрямитель соединены с электрохимическим промежутком, отличающийся тем, что, с целью регулирования напряжения с опережающим коэффициентом мощности и сокращения времени отключения при коротких замыканиях в электрохимическом нромел утке, устройство регулирования выполнено в виде двух параллельно соединенных блоков, разобщенных в нулевой точке коммутирующим конденсатором. 2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения перенапряжения на коммутирующем конденсаторе, параллельно ему подключено ограничивающее устройство, 3. Источник по н. 2, отличающийся тем, что ограничивающее устройство выполнено в виде трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к коммутирующему конденсатору через симмисторы, а вторичные обмотки подключены к фазам сети переменного напряжения, причем количество трансформаторов соответствует числу фаз нитающей сети. 4. Источник по п. 2, отличающийся тем, что ограничивающее устройство выполнено в виде трансформатора, первичная обмотка которого подключена через два последовательно соединенных симмистора к коммутирующему конденсатору, а вторичная оомотка присоединена через выпрямитель к электрохимическому промежутку. 5. Источник по п. 2, отличающийся тем, что ограничивающее устройство выполнено в виде балластного элемента, 1 апример резистора, подключенного через два последовательно соединенных симмистора. 6.Источник по п. 2, отличающийся тем, что ограничивающее устройство выполнено в виде инвертора, включенного в сеть переменного напряжения. 7.Источник по пп. 2 и 6, отличающийся тем, что инвертор присоединен к коммутирующему конденсатору через выпрямитель.

/I8

i |ш 9-2 1/5-J i bd-J 9-2 9-3 b9- Ь9-2 Ьз-5

,5 I

I

I

75

4 J 2S Л2

i 1

|r/5-5

Фиг.6

Фиг. 2

Фиг.З

30 2Q

R

,Й

Фиг. 5

feHOi

0«

J- оя

4

Ц

Фиг.8