Генератор импульсных токов.

Функциональная схема генератора импульсов приведена на рис.4.

Рис. 4 Функциональная схема генератора импульсов.

Батарея конденсаторов подключена к выходу выпрямителя через зарядный резистор, сопротивление которого R₃=U₃/I_доп, где U₃ – выходное напряжение выпрямителя; I_доп – допустимая сила тока выпрямителя, равная силе зарядного тока I₃ в начале зарядки конденсатора, когда напряжение U_c 0. По мере увеличения напряжения U_c сила тока I₃ падает.

Средняя мощность ввода энергии в разрядную цепь P_p=(CU_c²/2)/T_ф, где T_ф – время между разрядами, которое в автоматизированных установках равно периоду формообразования. Входная мощность выпрямителя P_B=P_p/ ₃, где ₃ – КПД зарядного устройства.

С ростом силы зарядного тока I₃ и уменьшением времени зарядки батареи КПД падает, так как увеличивается мощность преобразования электрической энергии в тепловую на зарядном резисторе R₃. Таким образом, производительность установки можно повысить лишь ценой снижения ее КПД, т.е. в конечном счете, увеличением затраченной энергии. КПД данного генератора достигает 90% благодаря стабилизации зарядного тока I₃ с помощью регулируемого автотрансформатора.

Генераторы большой мощности целесообразно включать непосредственно в высоковольтную промышленную сеть, не используя автотрансформатор и повышающий трансформатор. Это делается для того, чтобы снизить потери энергии и уменьшить влияние работы установки на состояние сети.

В генераторах обычно применяют высоковольтные импульсные конденсаторы на основе бумажно – масляных диэлектриков или касторового масла. Конденсаторы второго типа обладают большей энергоемкостью (примерно в 1,5 раза) и большим (в 2,5 раза) сроком службы. При выборе типа конденсаторов учитывают так называемую стоимость одного разряда, которая определяется как отношение стоимости конденсатора к гарантированному числу его разрядов.

Современные высоковольтные импульсные конденсаторы имеют номинальное напряжение 50 кВ, номинальную емкость 1…5 мкФ, частоту следования разрядов до двух импульсов в секунду при гарантированном числе разрядов 3*10⁶.

Разрядник обеспечивает подключение конденсаторов к электродам рабочей камеры. Различают типы разрядников: вакуумные, с твердым диэлектриком, а также высокого и атмосферного давления. Рабочие электроды разрядника отделены диэлектрическим промежутком, который соответствующими внешними воздействиями переводится в проводящее состояние.

В вакуумных разрядниках требуется непрерывно откачивать и удалять продукты разряда из его рабочего объема. Это значительно усложняет как устройство, так и эксплуатацию разрядника.

Разрядники с твердым диэлектриком – это установки разового действия, поскольку после каждого разряда необходимо заменять диэлектрик.

Наиболее простым и распространенным является разрядник с воздушным промежутком под атмосферным или более высоким давлением. Существующие воздушные искровые разрядники рассчитаны на рабочее напряжение 5…100 кВ и максимальную силу разрядного тока 5…500 кА. Эти разрядники применяют при длительности импульсов тока от нескольких десятков до сотен микросекунд.

Воздушные разрядники изготовляют управляемыми и неуправляемыми. Последние используют, когда не требуется точно задавать начало разряда, например при штамповке, очистке, запрессовке, дроблении и т.п. На рис.5 показана схема неуправляемого воздушного разрядника, рассчитанного на напряжение 50 кВ и силу тока 40 кА.

Разрядник состоит из подвижного электрода 1, неподвижного электрода 2, корпусов 3 и 4, между которыми предусмотрена звукопоглащающая

с устройством для откачки газов из рабочего пространства разрядника.

Токоподводы 7 соединяют разрядник с генератором импульсов и электродами рабочей камеры электровзрывной установки.Перемещением электрода 1 производят настройку разрядника на заданный режим срабатывания. Например, когда напряжение на электродах 1 и 2 достигает 50 кВ, происходит пробой между электродами 1 и 2.

Управляемые разрядники применяют, в частности, для создания бегущего поля при операции экструзии или в электрогидравлическом насосе, где требуется выдержать время переключения согласно заданной программе. Управляемый воздушный разрядник отличается от неуправляемого лишь устройством электродов (рис.6).

Электроды 1 и 2 неподвижны. Штоком 4 от электромагнитного привода перемещается элемент 3. Для устранения самопроизвольного разряда расстояние между электродами 1 и 2 устанавливается в

между электродами подвижного элемента 3.Такие разрядники рассчитаны на напряжение 5…10 кВ и силу тока 80…100 кА. При работе разрядника происходит эрозионный износ электродов. На их поверхностях образуются лунки, наплывы материала, что искажает распределение электрического поля между электродами и. следовательно, влияет на пробивное напряжение и приводит к неустойчивости работы разрядника. Для уменьшения износа электроды изготовляют в виде кольца с разрезом или селекционными. При такой конфигурации возможно перемещение дуги по поверхностям электродов.

Работа разрядника сопровождается значительным шумом с уровнем в 90…120 дБ. Благодаря применению воздушных прослоек и звукопоглащающих кожухов уровень шума снижают до 50…60 дБ. Металлические кожухи одновременно позволяют уменьшить радиопомехи, возникающие при работе разрядника.

Рядом преимуществ обладают игнитронные разрядники. Однако срок их службы почти в сто раз короче, чем у описанных выше устройств.

Токоподводящие кабели должны обладать наименьшей индуктивностью. Обычно применяют коаксиальные кабели. Ввиду высоких рабочих напряжений кабели дополнительно изолируют вакуумной резиной и крепят на изоляторах.