RU121180U1

RU121180U1 - HIGH FREQUENCY INSTALLATION FOR MAGNETIC-PULSE MATERIAL PROCESSING

Info

Publication number: RU121180U1
Application number: RU2012114123/02U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Глущенков; Ринат Юнусович Юсупов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническая фирма "Заряд"
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2012-10-20

Abstract

Высокочастотная установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая емкостные накопители в виде отдельных модулей, каждый из которых содержит импульсный конденсатор, установленный на одном из выводов конденсатора разрядник с управляющим электродом и ошиновку, а также цепь поджига разрядников с отдельными конденсаторами поджига, общий пусковой разрядник и выводы установки для присоединения индуктора, отличающаяся тем, что ошиновка каждого модуля выполнена в виде системы параллельно соединенных коаксиальных кабелей, экранирующие оплетки упомянутой системы кабелей одним концом смонтированы равномерно по окружности на катодном коллекторе разрядника, центральные жилы кабелей подключены равномерно по окружности ко второму выводу конденсатора, при этом другими концами экранирующие оплетки кабелей подключены к заземленному выходному выводу установки, а центральные жилы - к высоковольтному выводу установки, причем управляющие электроды каждого разрядника соединены с одним из выводов конденсатора поджига, второй вывод которого соединен с общим пусковым разрядником. High-frequency installation for magnetic-pulse processing of materials, containing capacitive storage in the form of separate modules, each of which contains a pulse capacitor, an arrester with a control electrode and a busbar installed on one of the capacitor terminals, as well as a spark gap ignition circuit with separate ignition capacitors, a common starting arrester and terminals of the installation for connecting the inductor, characterized in that the busbar of each module is made in the form of a system of parallel-connected coaxial cables, the shielding braids of the said cable system are mounted uniformly around the circumference on the cathode collector of the arrester, the central cores of the cables are connected evenly around the circumference to the second output of the capacitor , while the other ends of the shielding braids of the cables are connected to the grounded output terminal of the installation, and the central cores to the high-voltage terminal of the installation, and the control electrodes of each spark gap are connected to one of the terminals ignition capacitor leads, the second output of which is connected to a common starting spark gap.

Description

Полезная модель относится к магнитно-импульсной обработке материалов и предназначена для использования в машиностроении при выполнении технологических операций штамповки, калибровки, сварки тонкостенных заготовок, в том числе, из материалов с низкой электропроводностью (нержавеющие стали и др.).The utility model relates to magnetic pulse processing of materials and is intended for use in mechanical engineering when performing technological operations of stamping, calibration, welding of thin-walled workpieces, including those from materials with low electrical conductivity (stainless steels, etc.).

Известна установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая: зарядное устройство; емкостный накопитель, состоящий из батареи импульсных конденсаторов и коммутатора тока (разрядника); к выводам установки подключается рабочий индуктор. В рабочей зоне индуктора размещена обрабатываемая заготовка. При разряде накопителя на индуктор, вокруг его витков создается импульсное магнитное поле. В результате взаимодействия магнитного поля индуктора с материалом заготовки производится полезная работа, например, деформирование или сварка заготовки (в книге: Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке материалов, Харьков: изд. «Вища школа». 1977, стр.57-97).A known installation for magnetic pulse processing of materials, comprising: a charger; capacitive storage, consisting of a battery of pulse capacitors and a current switch (discharger); A working inductor is connected to the terminals of the installation. In the working area of the inductor placed the workpiece. When a drive is discharged to an inductor, a pulsed magnetic field is created around its turns. As a result of the interaction of the magnetic field of the inductor with the workpiece material, useful work is performed, for example, deformation or welding of the workpiece (in the book: Bely I.V., Fertik S.M., Khimenko L.T. Handbook of magnetic-pulse processing of materials, Kharkov: ed. "Vishcha school". 1977, pp. 57-97).

Магнитно-импульсные установки, собранные по традиционной схеме, описанной выше, имеют низкую частоту разрядного тока, менее 50 кГц и, не могут быть использованы для обработки тонкостенных деталей из-за «просачивания» магнитного поля сквозь тонкую заготовку, что особенно характерно при обработке материалов с низкой электропроводностью. Для обработки таких материалов требуется высокочастотная установка с частотой разряда свыше 100 кГц.Magnetic-pulse installations assembled according to the traditional scheme described above have a low discharge current frequency of less than 50 kHz and cannot be used to process thin-walled parts due to the "leakage" of the magnetic field through a thin billet, which is especially typical when processing materials with low electrical conductivity. The processing of such materials requires a high-frequency installation with a discharge frequency of over 100 kHz.

Частота разрядного тока зависит от параметров разрядного контура: емкости накопителя энергии - С₀, индуктивности емкостного накопителя - L₀ и индуктора - L_i:The frequency of the discharge current depends on the parameters of the discharge circuit: the capacity of the energy storage device is C ₀ , the inductance of the capacitive storage device is L ₀ and the inductor is L _i :

Для получения высокой частоты необходимо стремиться к уменьшению индуктивных составляющих разрядного контура L₀: собственной индуктивности конденсатора, разрядника и соединительных цепей (ошиновки) накопителя энергии.To obtain a high frequency, it is necessary to strive to reduce the inductive components of the discharge circuit L ₀ : intrinsic inductance of the capacitor, spark gap, and connecting circuits (busbars) of the energy storage device.

Известен емкостный накопитель, состоящий из импульсного конденсатора коаксиальной конструкции и встроенного в него искрового управляемого разрядника, который имеет минимальную собственную индуктивность (в статье: Н.В.Жарова, Н.А.Ратахин, А.В.Саушкин, В.Ф.Федущак, А.А.Эрфорт Быстрый вывод энергии из сильноточного импульсного конденсатора HCEIcap 50-0,1 с помощью псевдо-искрового разрядника ТВI150Л/50 // Приборы и техника эксперимента, - 2006. - №3. - с.96-99).A capacitive storage device is known, consisting of a pulsed capacitor of a coaxial design and a built-in spark controlled spark gap that has a minimum intrinsic inductance (in the article: N.V. Zharova, N.A. Ratakhin, A.V. Saushkin, V.F. Fedushchak , A.A. Erfort Quick energy output from a high-current pulse capacitor HCEIcap 50-0.1 using a pseudo-spark gap TVI150L / 50 // Instruments and experimental equipment, - 2006. - No. 3. - p.96-99).

Однако практическая реализация такой конструкции не позволяет получить накопитель с запасаемой энергией более 0,5…1 кДж и имеет ограниченную область применения. Увеличение емкости импульсного конденсатора до запаемой энергии 2…5 кДж, необходимой для реализации магнитно-импульсных технологий, приводит к увеличению габаритов накопителя, увеличению собственной индуктивности и, приводит к не оправданному усложнению конструкции и увеличению стоимости.However, the practical implementation of this design does not allow to obtain a drive with a stored energy of more than 0.5 ... 1 kJ and has a limited scope. An increase in the capacitance of a pulse capacitor to a consumable energy of 2 ... 5 kJ, which is necessary for the implementation of magnetic-pulse technologies, leads to an increase in the size of the drive, an increase in its own inductance, and leads to an unjustified complication of the design and an increase in cost.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является установка для деформирования металлических заготовок импульсными магнитными полями, содержащая импульсные конденсаторы, составляющие емкостный накопитель, ошиновку, коммутаторы тока (разрядники), установленные непосредственно на выводе каждого конденсатора, при этом цепь поджига каждого разрядника имеет отдельный конденсатор поджига и общий пусковой разрядник (А.С. СССР. №199806, кл. В21D 26/14, опубл. 29.07.1967 г.). Для уменьшения общей индуктивности разрядного контура ошиновка выполнена в виде плоских листов с коаксильными выводами на выходных зажимах индуктора.The closest in technical essence to the proposed utility model is a facility for deforming metal workpieces by pulsed magnetic fields, containing pulsed capacitors that make up the capacitive storage, bus, current switches (arresters) installed directly on the output of each capacitor, while the ignition circuit of each spark gap has a separate ignition capacitor and common starting arrester (AS USSR. No. 199806, class B21D 26/14, publ. 07.29.1967). To reduce the total inductance of the discharge circuit, the busbar is made in the form of flat sheets with coaxial leads at the output terminals of the inductor.

Недостатки известной установки: сложная конструкция, требующая индивидуальной подгонки составных элементов емкостного накопителя; большие габариты и масса ошиновки; жесткость конструкции ошиновки, не позволяющая адаптировать выводы установки с присоединением индуктора в различных пространственных плоскостях; трудоемкость профилактического обслуживания и ремонта высоковольтных элементов разрядного контура при аварийном пробое изоляции между плоскими шинами.The disadvantages of the known installation: complex design, requiring individual adjustment of the constituent elements of a capacitive storage; large dimensions and weight of busbars; rigidity of the busbar design, which does not allow adapting the findings of the installation with the connection of the inductor in various spatial planes; the complexity of preventive maintenance and repair of high-voltage elements of the discharge circuit during emergency breakdown of insulation between flat tires.

В основу полезной модели поставлены задачи: уменьшение собственной индуктивности разрядного контура, габаритов и массы, получение высокой частоты разряда и обеспечение эффективности технологического процесса при обработке тонкостенных заготовок и материалов с низкой электропроводностью.The utility model is based on the following tasks: reducing the intrinsic inductance of the discharge circuit, dimensions and mass, obtaining a high discharge frequency and ensuring the efficiency of the process when processing thin-walled workpieces and materials with low electrical conductivity.

Технический результат достигается тем, что высокочастотная установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая емкостные накопители в виде отдельных модулей, каждый из которых содержит импульсный конденсатор, установленный на одном из выводов импульсного конденсатора разрядник с управляющим электродом и ошиновку, а также цепи под-жига разрядников, с отдельными конденсаторами поджига, общий пусковой разрядник и выводы установки для присоединения индуктора, согласно полезной модели ошиновка каждого модуля выполнена в виде системы параллельно соединенных коаксиальных кабелей, экранирующие оплетки системы кабелей одним концом смонтированы равномерно по окружности на катодном коллекторе разрядника, центральные жилы кабелей подключены равномерно по окружности ко второму выводу конденсатора, при этом другими концами экранирующие оплетки кабелей подключены к заземленному выходному выводу установки, а центральные жилы - к высоковольтному выводу установки, причем управляющие электроды каждого разрядника соединены с одним из выводов конденсатора поджига, второй вывод которого соединен с общим пусковым разрядником.The technical result is achieved by the fact that a high-frequency installation for magnetic-pulse processing of materials, containing capacitive drives in the form of separate modules, each of which contains a pulse capacitor mounted on one of the terminals of the pulse capacitor, a spark gap with a control electrode and busbar, as well as an ignition circuit arresters, with individual ignition capacitors, a common starting arrester and installation leads for connecting an inductor, according to a utility model, the busbar of each module is made in ides of a system of parallel-connected coaxial cables, the shielding braids of the cable systems at one end are mounted uniformly around the circumference on the cathode collector of the arrester, the central cores of the cables are connected evenly around the circumference to the second output of the capacitor, while the other ends of the shielding braids of the cables are connected to the grounded output terminal of the installation, and the central cores - to the high-voltage terminal of the installation, and the control electrodes of each spark gap are connected to one of the terminals of the ignition capacitor ha, the second output of which is connected to a common starting arrester.

На фиг.1 представлена функциональная схема разрядного контура высокочастотной магнитно-импульсной установки.Figure 1 presents the functional diagram of the discharge circuit of a high-frequency magnetic pulse installation.

На фиг 2. изображен пример накопителя энергии, состоящего из двух модулей.Figure 2. shows an example of an energy storage device consisting of two modules.

Установка содержит два автономных модуля емкостного накопителя, разрядный контур которых состоит из импульсных конденсаторов 1, разрядника 2 и кабельной ошиновки 3. Разрядник анодным электродом встраивается непосредственно на выводы конденсатора 1. Кабельная ошиновка каждого модуля состоит из системы коаксиальных кабелей, соединенных параллельно для уменьшения собственной индуктивности. Экранирующие оплетки коаксиальных кабелей 3 монтируются равномерно по окружности катодного электрода на коллекторе 4. Центральные жилы кабелей подключаются ко второму кольцевому выводу 5 импульсного конденсатора равномерно, по окружности. Система кабелей другими концами объединяется оплетками на заземленном выходном выводе 6 установки, центральными жилами на высоковольтном выводе 7 установки. Индуктор 8 с обрабатываемой заготовкой присоединяется к выходным выводам 6 и 7. Управляющий электрод 9 каждого разрядника соединен с одним из выводов конденсатора поджига 10, а второй вывод которого соединен с общим пусковым разрядником 1 1.The installation contains two autonomous capacitive storage modules, the discharge circuit of which consists of pulse capacitors 1, spark gap 2 and cable bus 3. The spark gap of the anode electrode is built directly onto the terminals of the capacitor 1. The cable bus of each module consists of a coaxial cable system connected in parallel to reduce its own inductance . The shielding braids of the coaxial cables 3 are mounted uniformly around the circumference of the cathode electrode on the collector 4. The central cores of the cables are connected to the second ring terminal 5 of the pulse capacitor uniformly around the circumference. The cable system at the other ends is joined by braids on the grounded output terminal 6 of the installation, the central cores on the high voltage terminal 7 of the installation. The inductor 8 with the workpiece being processed is connected to the output terminals 6 and 7. The control electrode 9 of each arrester is connected to one of the terminals of the ignition capacitor 10, and the second terminal of which is connected to a common starting arrester 1 1.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Зарядное устройство (на чертеже не показано) заряжает конденсаторы 1 в модуле накопителя. При достижении заданного уровня напряжения U₀, командой «Пуск» запускается вспомогательный разрядник 9, который коммутирует конденсаторы поджига 10 на управляющие электроды 11 основных разрядников 2. Таким образом, обеспечивается синхронный разряд модулей емкостного накопителя на общую нагрузку 8, где происходит импульсная обработка заготовки.A charger (not shown) charges capacitors 1 in the drive module. When the specified voltage level U _{0 is} reached, the Start command starts an auxiliary spark gap 9, which switches the ignition capacitors 10 to the control electrodes 11 of the main spark gaps 2. Thus, a synchronous discharge of the capacitive storage modules to the total load 8 is provided, where the workpiece is pulsed.

Собственная индуктивность в системе параллельных коаксиальных кабелей уменьшается пропорционально числу включенных кабелей, а электрические потери в ошиновке уменьшаются за счет снижения плотности тока в контактных соединениях. Кабельная ошиновка позволяет устранить электродинамические усилия, возникающие при разряде на конденсаторе и разряднике, в отличие от плоской ошиновки прототипа. Кроме того, конструкция ошиновки получается гибкой, позволяющей монтировать выходные выводы установки, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости корпуса. При этом существенно уменьшаются масса и габариты емкостного накопителя, а также снижается стоимость и трудоемкость при ремонтно-профилактических работах.The intrinsic inductance in a system of parallel coaxial cables decreases in proportion to the number of cables included, and the electrical losses in the busbar are reduced by reducing the current density in the contact joints. The cable bus allows you to eliminate the electrodynamic forces arising from the discharge on the capacitor and spark gap, in contrast to the flat bus of the prototype. In addition, the busbar design is flexible, allowing you to mount the output terminals of the installation, both in the horizontal and in the vertical plane of the body. At the same time, the mass and dimensions of the capacitive storage are significantly reduced, as well as the cost and complexity of the repair and maintenance work.

Собственная индуктивность накопителя уменьшается при применении импульсных конденсаторов с коаксиальными выводами, расположенными по кольцу. Управление разрядом производится относительно катодного заземленного электрода разрядника, что способствует повышению надежности работы и упрощает конструкцию блока поджига.The drive’s own inductance decreases when pulse capacitors are used with coaxial terminals located in a ring. The discharge is controlled relative to the cathode of the grounded electrode of the spark gap, which improves the reliability of operation and simplifies the design of the ignition unit.

В качестве коммутаторов импульсного тока можно использовать функционально законченные серийные приборы: вакуумные, газовые разрядники или тиратроны.Functionally complete serial devices can be used as pulse current switches: vacuum, gas arresters or thyratrons.

Пример реализации магнитно-импульсной установки.An example of the implementation of a magnetic pulse installation.

Магнитно-импульсная установка МИУ-10ВЧ с максимальной запасаемой энергией 10 кДж содержит два модуля емкостного накопителя на конденсаторах КПИМК с коаксиальной конструкцией выводов, емкостью 25 мкФ каждый. Ошиновка каждого модуля состоит из 12 коаксиальных кабелей РК50-7-11, которые объединяются на выходных выводах на расстоянии 0,5 м. Для коммутации разрядного тока используются управляемые вакуумные разрядники РВУ-57, которые синхронно разряжаются на общую индуктивную нагрузку. Для синхронного запуска разрядников использовались: конденсаторы поджига 0,5 мкФ и искровой управляемый разрядник РУ-84.The MIU-10VCh magnetic pulse installation with a maximum stored energy of 10 kJ contains two modules of a capacitive storage capacitor KPIMK with a coaxial terminal design, each with a capacity of 25 microfarads. The busbar of each module consists of 12 PK50-7-11 coaxial cables that are combined at the output terminals at a distance of 0.5 m. For switching the discharge current, RVU-57 controlled vacuum arresters are used, which are simultaneously discharged to a common inductive load. For synchronous starting of arresters, the following ignition capacitors were used: 0.5 μF and RU-84 controlled spark gap.

Собственная индуктивность разрядного контура установки составила не более 30 нГн, частота разрядного тока в режиме короткого замыкания не менее 130 кГц. Для дальнейшего увеличения частоты разряда необходимо использовать 4…8 автономных модулей.The inductance of the discharge circuit of the installation was no more than 30 nH; the frequency of the discharge current in the short circuit mode was at least 130 kHz. To further increase the discharge frequency, it is necessary to use 4 ... 8 autonomous modules.

Claims

High-frequency installation for magnetic-pulse processing of materials, containing capacitive storage in the form of separate modules, each of which contains a pulse capacitor mounted on one of the capacitor terminals a spark gap with a control electrode and a bus, as well as an ignition circuit of spark gap with separate ignition capacitors, a common starting spark gap and conclusions of the installation for connecting the inductor, characterized in that the busbar of each module is made in the form of a system of parallel connected coaxial cables, e the shielding braids of the aforementioned cable system are mounted at one end uniformly around the circumference on the cathode collector of the arrester, the central cores of the cables are connected evenly around the circumference to the second output of the capacitor, while the other ends of the shielding braids of the cables are connected to the grounded output terminal of the installation, and the central cores are connected to the high-voltage output of the installation moreover, the control electrodes of each spark gap are connected to one of the terminals of the ignition capacitor, the second terminal of which is connected to the common starts m arrester.