Труды ДонНТУ, Донецк: ДонНТУ, 2006. – с.96-97.
УДК 621.744.002.2:538.56.004.14
621.3.002.3:546.726

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ В КОНДЕНСАТОРНОЙ СХЕМЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСНОГО ФОРМОВОЧНОГО УСТРОЙСТВА С СОЛЕНОИДНЫМ ИНДУКТОРОМ

Хоменко В.Н., студент; Эсауленко В.А., проф., к.т.н.
(Донецкий национальный технический университет, г.Донецк, Украина)

Электромагнитные устройства с метательным соленоидом используются в металлургии, машиностроении, литейном производстве для ввода ферромагнитных дисперсных материалов в струю жидкого металла, для обработки литья, сварных изделий и проката ферромагнитным абразивом, для намагничивания, разгона и уплотнения специального формовочного материала в технологических линиях магнитной формовки, при намагничивании водной суспензии ферритов и в ряде других случаев [1,2].

В настоящей работе рассмотрен расчет конденсаторной схемы электропитания электромагнитных импульсных формовочных устройств с рекуперацией энергии магнитного поля индуктора, которая по сравнению со схемой питания соленоида непосредственно от источника постоянного тока позволяет получать более мощные кратковременные импульсы тока в метательном соленоиде и, следовательно, более высокие скорости вылета порций сыпучего ферромагнитного материала [2-3].

Конденсаторная схема электропитания рис.1 содержит диоды 1-6 трехфазного выпрямительного моста, силовые тиристоры 7 и 8 включения и тиристор 10 отключения метательного соленоида 9, батарею импульсных конденсаторов 11, диоды рекуперации энергии магнитного поля 12 и 13, токоограничивающий дроссель 14 в цепи источника, коммутирующий конденсатор 15, диод 16 и дроссель 17 цепи коммутации силовых тиристоров и схему управления 18.

Схема состоит из 5 реактивных элементов и содержит множество нелинейных резистивных элементов в виде тиристоров и диодов, что затрудняет задачу получения точного математического выражения для импульса тока метательного соленоида.

При решении упрощенного варианта этой задачи положим, что все реактивные элементы схемы линейные, тиристоры и диоды идеальные, и применим метод кусочно-линейной аппроксимации с численным решением полученной системы дифференциальных уравнений и использованием стандартных программ математической системы MathCAD.

Рисунок 1 – Конденсаторная схема электропитания соленоида от батареи импульсных конденсаторов

В рассмотренной схеме электропитания можно выделить 6 различных последовательных состояний, которые принимает схема при формировании импульса питающего тока метательного соленоида.

Расчетные осциллограммы рис.2 получены для лабораторной установки электромагнитного импульсного формовочного устройства с конденсаторной схемой электропитания, имеющей следующие параметры: В (напряжение трехфазного источника – 380 В), R₁=2 Ом, L₁=0.09 Гн, R₂=5 Ом, L₂=0.02 Гн, R₀=5 Ом, L₀=0.01 Гн, С=10000 мкФ, С₀=200 мкФ. Сопоставление результатов расчета и эксперимента для рассмотренной схемы свидетельствует о хорошей их сходимости.

Характер осциллограмм зависит от длительности импульса питающего тока соленоида, то есть от времени dt=t₂-t₀, где t₀=0 - момент включения силовых тиристоров 7 и 8, а t₂ - момент включения коммутирующего тиристора 10.

Минимальная длительность импульса тока i₁(t) равна времени переходного процесса в цепи коммутирующего конденсатора, а её максимальная величина определяется временем достижения максимума тока соленоида или другими технологическими требованиями.

Рисунок 2 – Осциллограмма напряжений и токов конденсаторной схемы электропитания

При увеличении длительности импульса минимальное напряжение батареи конденсаторов u_c.min и конечное напряжение на коммутирующем конденсаторе u_co3 уменьшаются, в то время как напряжение на коммутирующем конденсаторе при его первоначальном заряде uco1 незначительно возрастает.

ВЫВОДЫ

1. Конденсаторная схема электропитания метательного соленоида электромагнитных формовочных и дробемётных устройств по сравнению со схемой питания соленоида непосредственно от источника постоянного тока позволяет формировать мощные кратковременные импульсы тока с большой крутизной его нарастания и спада и рекуперацией энергии магнитного поля индуктора.
2. Разработанный метод расчета конденсаторной схемы электропитания соленоида с 5 реактивными элементами позволяет рассчитать как форму импульса тока в соленоиде, так и уровень напряжений и токов в остальных элементах схемы.
3. Длительность импульса питающего тока соленоида оказывает сильное влияние на величины напряжений и токов, характеризующих работу схемы электропитания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эсауленко В.А. Устройства в технологических и транспортных системах с непосредственным воздействием электромагнитного поля на сыпучие ферромагнитные материалы. Сборник трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ, 1999. –с.118-122.
2. Эсауленко В.А., Черников В.Ю., Корощенко А.В. Разработка и исследование электромагнитного импульсного формовочного устройства с магнитнотвердым формовочным материалом. Сборник трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ, 1999. -с.249-252.
3. Эсауленко В.А. Математическая модель конденсаторной схемы электропитания метательного соленоида электромагнитного устройства намагничивания и разгона сыпучего ферромагнитного материала. Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. №4 (50) 2002. – с.46-50.