Элементы оборудования установок

Установки для магнитоимпульсной обработки состоят из двух основных узлов: подготовительного (накопление энергии формирование импульсного напряжения и тока) и узла исполнительного — технологического. К первому узлу относятся генераторы импульсных токов, ко второму — индукторы и связанная ними технологическая оснастка.

На рис. 3 показана функциональная электрическая схема установки магнитно-импульсной обработки. Батарея-накопитель энергии 1 заряжается от зарядного устройства 3 до требуемого напряжения. По накоплении того количества энергии батарея разряжается в импульсном режиме на рабочий индуктор 9 через

Поджигающee устройство 8 подает команду на включение комутатора 10. Командный датчик 5 и делитель напряжения 6 регулируют значение запасаемой энергии в автоматическом режиме paботы. По достижении установленного напряжения зарядки блок автоматики 7 подает импуль­сы на включение поджигающего устройства. Снятие остаточного напряжения с накопителя энергии и блокировку осуществляет короткозамыкатель 2.

Генераторы импульсных токов преобразуют электрический ток промышленной частоты в импульсы токов большой амплитуды, которые образуются при разряде мощной батареи. Основными эле­ментами генератора являются зарядное устройство, батарея кон­денсаторов, коммутирующее и поджигающее устройства.

В состав зарядного устройства входят повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель и пускорегулирующая аппаратура. Батарея конденсаторов служит для накопления электри­ческой энергии с дальнейшей разрядкой на технологическую установку. В установках магнитноимпульсной обработки для этих целей применяются им­пульсные конденсаторы, что обусловлено их способностью отдавать накопленную энергию в виде коротких импульсов большой мощ­ности. Конденсаторы должны иметь минимальную индуктивность, их конструкция должна обеспечивать возможность длительной ра­боты в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Соедине­ние конденсаторов в батарею определяется требуемой рабочей характеристикой генератора импульсного тока. Для уменьшения времени разрядки батареи конденсаторов и обеспечения кратко­временности выделения энергии в индукторе необходимо умень­шать общую индуктивность установки за счет снижения индуктив­ности батареи конденсаторов, ошиновки и разрядника, что, в свою очередь, повышает эффективность магнитноимпульсной обработки.

Коммутирующее устройство (коммутатор) должно в заданный момент подавать импульс напряжения на рабочую катушку, пропускать возникающий импульсный ток за определенный промежуток времени и регулировать напряжение на конденсаторах. Конструкция коммутатора должна обеспечивать возможность регули­рования рабочего напряжения. Коммутатор должен пропускать значительные токи, иметь малую собственную индуктивность, минимальный разброс времени срабатывания и большой срок службы. В установках магнитного формообразования используются механические, ионные и дуговые коммутирующие устройства.

Дуговые разрядники выполняются трех основных конструкций: открытые, вакуумные и газонаполненные. Более перспективными являются вакуумные и газонаполненные. Основное их преимуще­ство— широкий предел регулирования рабочего напряжения, воз­можность изменения давления в разряднике и способность комму­тировать значительную энергию.

Электрическая схема двухэлектродного газонапол­ненного разрядника показана на рис. 15.4. В ней предусмотре­на емкость С_п, подключаемая к

разрядника Р_п. При его включении емкость С_п начина­ет разряжаться через цепь L_п—L_к—0,5L_ош — земля, при этом в контуре С_п—L_n—L_k—0,5L_oш возникают электромагнитные колебания. В момент включения Р_п напряжение в точке а скачкообразно растает от 0 до U_сп, а затем падает по косинусоиде. В началь­ный момент времени напряжение в точке b равно U_c=U_cп, в результате чего напряжение на основном коммутирующем устройстве равно сумме напряжений: U_со+U_сп. При пробивном напряжении разрядника U_np<U_сo + U_сп происходит разрядка и основная батарея включается на индуктор.

Поджигающее устройство предназначено для запуска основного разрядника. Они могут быть с механическим и электрическим запуском. Схема поджига с поджигающей емкостью С_п , заряжаемой от основного зарядного устройства, показана на рис. 15.5. Для запуска основного разрядника КУ надо разрядить ёмкость поджига С_п. При этом на электрод поджига подается импульс напряжения, вызывающий вспомогательный разряд. Разрядка конденсатора осуществляется с помощью дополнительной ёмкости С₃, заряжаемой вспомогательным выпрямителем Д. Схемы с электрическим запуском применяются в том случае, когда необходимо синхронизировать подачу поджигающего импульса с запуском измерительных или регистрирующих приборов.

Технологический узел—индуктор является одним из наиболее важных узлов установки магнитноимпульсной обработки, поскольку от его конструкции и качества исполнения зависят возможность выполнения магнитноимпульсно обработки и её качество. К технологическому узлу предъявляют следующие требования:

а) высокая эффективность преобразования электрической энергии в механическую энергию деформации заготовки;

б) высокие механическая и электрическая прочности;

в) конструктивная и технологическая простота.

В зависимости от назначения индукторы выполняют в виде одно- и многовитковых катушек, плоской спирали и др. Долговечность индукторов во многом зависит от качества применяемой изоляции, её электрических и механических свойств. Чрезмерный нагрев индуктора может вызвать электрический пробой или механи­ков разрушение изоляции спирали. При прохождении по спирали индуктора больших токов она подвергается значительным меха­ническим и тепловым нагрузкам. Это может вызвать пластическое деформирование спирали, приводящее к разрыву ее витков. Спи­раль и ее изоляция могут быть частично разгружены от механиче­ского воздействия магнитного поля специальными экранирующими вставками.

Необходимый тепловой режим индуктора обеспечивается ох­лаждением его спирали жидкостью, пропускаемой через специаль­ные каналы в нем. Это позволяет создавать индукторы, способные работать в условиях большой частоты следования разрядов в тече­ние длительного времени.

В одновитковом индукторе спираль изготовлена из высоко-электропроводного металла (медь, латунь) в виде массивной пли­ты, сильно увеличенной в радиальном направлении. Для снижения паразитной индуктивности зазор паза между токопроводами вы­полняют минимально допустимым, исходя из механической и элек­трической прочности изоляции.