Фрагмент статті. Готується до публікації восени 2006р. в збірці доповідей науково-практичних конференцій студентів "Світ науки і техніки в дослідженнях студентів". Донецький національний технічний університет, інститут міжнародного співробітництва, ФТФ.

FORMATION DE L’IMPULSION DU COURANT DANS UN INDUCTEUR DES INSTALLATIONS ELECTROMAGNETIQUES D’AIMANTATION ET DE LANCEMENT DES PORTIONS DES MATERIAUX FERROMAGNETIQUES MOUVANTS

ESSAOULENKO V. A., KHOMENKO V. N. (L’université technique d’Etat de Donetsk, ville Donetsk)

В статті розглянуто процес формування імпульсу струму в соленоїдному індукторі електромагнітних пристроїв для намагнічування та розгону порцій феромагнітних си-пучих матеріалів в технологічних лініях магнітної формовки. Виконані із застосуван-ням математичної системи MathCAD розрахунки імпульсу струму в соленоїді при кон-денсаторній схемі живлення. Розраховані залежності напруг та струмів в конденса-торній схемі живлення від тривалості імпульсу струму.

Les installations électromagnétiques d’aimantation et de lancement des portions des matériaux ferromagnétiques mouvants sont utilisées dans la métallurgie et la construction mécanique pour l’introduction des matières spéciales dans le jet du métal liquide [1], pour l’usinage des articles de coulage par des matériaux abrasifs [2], pour l’aimantation, la condensation (rendre compact) et la formation du matériau ferromagnétique dans les moules des installations de moulage magnétiques [3,4,5].

Dans ce travail on considère un circuit électrique à la batterie des condensateurs pour alimenter un inducteur sous forme d’un solénoïde d’une installation électromagnétique d’aimantation et de lancement des portions des matériaux ferromagnétiques mouvants. Ce circuit fonctionne avec la récupération de l’énergie électromagnétique de l’inducteur et permet d’obtenir les fortes impulsions d’un courant de petite durée et de grande puissance, ce qui augmente la vitesse du lancement des portions [6].

Le schéma électrique à la batterie des condensateurs (fig.1) comporte les diodes 1-6 du pont de redresseurs triphasé, les thyristors de puissance 7-8 et le thyristor de commutation 9 pour débrancher le solénoïde 10, la batterie des condensateurs 11, les diodes 12-13 de la récupération de l’énergie électromagnétique du champ magnétique de l’inducteur, la bobine de self 14 pour limiter le courant d’une source, le condensateur de commutation 15, la diode 16 et la bobine de self 17 du circuit de la commutation des thyristors de puissance et le schéma de commande 18.

Le schéma à la batterie des condensateurs contient 5 éléments réactifs (les inductances et les capacités) et plusieurs éléments non linéaires, ce qui complique le problème du calcul de l’impulsion du courant du solénoïde de l’installation électromagnétique d’aimantation et de lancement des portions des matériaux ferromagnétiques mouvants.

Dans le modèle mathématique du schéma à la batterie des condensateurs on considère tous les éléments réactifs comme les éléments linéaires, toutes les diodes et tous les thyristors comme les éléments idéalisés.

La formation de l’impulsion du courant i₁ du solénoïde 10 en fonction du temps t se réalise pendant 6 étapes successives, qui se décrivent par les systèmes des équations différentielles différentes.

...

Après le branchement d’une source triphasée la tension redressée ud fait charger la batterie des condensateurs 11 suivant le circuit: la borne positive + du redresseur - la batterie des condensateurs 11 - la bobine de self 14 - la borne négative du redresseur. Il en résulte l’égalité des tensions aux bornes de la batterie et du redresseur u_c=u_d.

Le schéma de commande 18 agit aux instants convenables sur les thyristors de puissance 7-8 et le thyristor de commutation 9 en formant ainsi l’impulsion du courant dans le solénoïde 10.

Figure 1 – Schéma électrique à la batterie des condensateurs pour alimenter un inducteur d’une installations électromagnétique d’aimantation et de lancement des portions des matériaux ferromagnétiques mouvants

Figure 2 – Oscillogrammes des courants et des tensions dans le schéma à la batterie des condensateurs

Les oscillogrammes fig.2 sont obtenus pour l’installation de laboratoire de moulage magnétiques, qui comporte le schéma à la batterie des condensateurs et qui est destinée pour l’aimantation, la condensation (rendre compact) et la formation du matériau ferromagnétique dans les moules.

Figure 3 – Les courants et les tensions du schéma en fonction de la durée de l’impulsion du courant du solénoïde

Les paramètres du schéma considéré:

U_d=513 V (la tension composée d’une source triphasée – 380 V), R₁=2 Ohm, L₁=0.09 H, R₂=5 Ohm, L₂=0.02 H, R₀=5 Ohm, L_о=0.01 H , С=10000*10^-6F, С_о=200*10^-6F.

On fait le calcul en utilisant un programme standardisé rkfixed et le système mathématique Mathcad.

Les résultats du calcule sont en plaine conformité avec les résultats de mesures.

L’allure des oscillogrammes dépende de la durée de l’impulsion du courant du solénoïde

dt=t₂-t₀,

où t₀ - l’instant du branchement des thyristors de puissance 7-8 (branchement du solénoïde),
t₂ - l’instant du branchement du thyristor de commutation 9 (débranchement du solénoïde).

La valeur minimale de la durée de l’impulsion est déterminée par la durée du phénomène transitoire dans le circuit du condensateur de commutation (dt_min=(3-5)mS), tandis que sa valeur maximale est choisie pour avoir le maximum du courant du solénoïde ou est déterminée par les conditions technologiques (dt_max=(40-50)mS).

La valeur maximale du courant du solénoïde i_1.max diminue lors de diminution da la duréé de l’impulsion, tandis que sa valeur négative i_1о.max augmente. Les autres valeurs qui caractérisent le fonctionnement du shéma d’alimentation changent aussi considérablement : la tension minimale sur la batterie des condensateurs u_c.min, la tension sur le condensateur de la commutation (u_co1 et u_co3), et le courant maximal dans le circuit de la charge de la batterie des condensateurs par le redresseur d’une source i_2.max (fig.3).

L’augmentation de la durée de l’impulsion provoque la diminution de la tension minimale aux bornes de la batterie des condensateurs uc.min et celle de la tension finale aux bornes du condensateur de la commutation uco3, tendis que la tension de la charge initiale aux bornes du condensateur de la commutation uco1 augmente un peu.

Le modèle mathématique élaboré du shéma électrique à la batterie des condensateurs d’alimentation d’ un inducteur de lancement permet calculer comme la forme de l’impulsion du courant ainsi que le niveau des tensions et des courants dans les autres éléments du shéma. C’est très important pour faire le choix propre de ses caractéristiques de fonctionnement.

CONCLUSION

1. Le shéma électrique à la batterie des condensateurs d’alimentation d’ un inducteur de lancement pour les installations de formation du matériau ferromagnétique et de lancement des matériaux abrasifs en comparaison avec le shéma électrique d’alimentation d’un inducteur directément d’une source du courant continu forme des impulsions puissantes de courte durée aux grandes montées et pente avec la récupération de l’énergie du champ magnétique de l’inducteur.
2. La modèle mathématique du shéma électrique à la batterie des condensateurs d’alimentation d’un inducteur qui comporte 5 éléments réactifs permet calculer comme la forme de l’impulsion du courant ainsi que le niveau des tensions et des courants dans les autres éléments du shéma.
3. La durée de l’impulsion du courant d’alimentation du solénoïde, c’est à dire l’intervalle du temps entre les instants du branchement des thyristors de puissance et du thyristor de commutation, influe fortement sur le niveaux des tensions et des courants qui caractérisent le fonctionnement du shéma d’alimentation. La durée minimale de l’impulsion égale au temps du processus transitoire dans le circuit du condensateur de commutation, et sa valeur minimale est déterminée par le temps d’atteindre d’un maximum du courant du solénoïde ou bien par les autres exigences technologiques.
   L’augmentation de la durée de l’impulsion provoque l’augmentation du courant maximal du solénoïde, tendis que sa valeur négative diminue ; la tension minimale aux bornes de la batterie des condensateurs et la tension finale aux bornes du condensateur de commutation diminuent, tendis que la tension de la charge initiale aux bornes du condensateur de la commutation augmente un peu.
   

BIBLIOGRAPHIE :

1. Закута М.Б. и др. Устройство для ввода ферромагнитных материалов в жидкий металл. Авт. свид. №533445. Бюл. №40, 1976.-6с.
2. Гриднев Ю.Г. и др. Применение электромагнитных полей в дробеметных уст-ройствах. Литейное производство. –1980, №10. - с.24-25.
3. Левшин Г.Е., Никифоров А.П., Черногоров П.В. Устройства для магнитной формовки. Литейное производство. –1975, №3. -с.25-26.
4. Эсауленко В.А. Устройства в технологических и транспортных системах с не-посредственным воздействием электромагнитного поля на сыпучие ферромагнитные материалы. Сборник трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ, 1999. –с.118-122.
5. Эсауленко В.А., Черников В.Ю., Корощенко А.В. Разработка и исследование электромагнитного импульсного формовочного устройства с магнитнотвердым фор-мовочным материалом. Сборник трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энерге-тика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ, 1999. -с.249-252.
6. Эсауленко В.А. Математическая модель конденсаторной схемы электропитания метательного соленоида электромагнитного устройства намагничивания и разгона сы-пучего ферромагнитного материала. Вісник Східноукраїнського національного універ-ситету імені Володимира Даля. №4 (50) 2002. – с.46-50.