CC BY
43
МА ТЕРИАЛЫ ЮБИЛЕЙНОЙ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 80-ЛЕТИЮ ЛА УРЕА ТА ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРЕМИИ СССР, ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОРА Л.Б. ДМИТРИЕВА
УДК 658.83
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРЕБЕНЧАТЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ УЗКОПОЛОСНОЙ СЕЛЕКЦИИ СИГНАЛА В СИСТЕМАХ ЗАЩИТЫ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СТАНКАХ
К.В.Струков
Проведен анализ возможности использования принципа узкополосной селекции сигнала в системе защиты инструмента и детали при электрохимической обработке. В основе анализа лежит спектральные характеристики коммутационной помехи при электрохимической обработке импульсным током. Показано, что в условиях достаточно стабильной частоты питающего напряжения в качестве устройства защиты возможно эффективно использовать гребенчатые фильтры, выполненные на базе частотноизбирательных усилителей.
Ключевые слова: короткие замыкания, система защиты, спектральная характеристика, гребенчатый фильтр.
В области размерной электрохимической обработки одной из актуальных на сегодняшний день проблем является предохранение инструмента и детали от последствий коротких замыканий (КЗ). Разнообразие вариантов систем защиты от КЗ связано с использованием различных принципов формирования полезных сигналов.
Расчеты спектров обобщенных сигналов коротких замыканий (КЗ) на фоне коммутационной помехи показывают, что при использовании звеньев с высоким затуханием установившийся спектр имеет дискретную структуру с интервалом между амплитудными значениями (между вершинами), равным обратной величине периода импульсов
А/ = (1)
Между соседними вершинами спектральной характеристики расположена так называемая «впадина» с минимальными значениями ампли-
туды спектральных составляющих. При достаточно большом коэффициенте затухания минимальные значения спектра коммутации близки к нулю. Для частотной селекции сигнала на узкополосных участках минимальных значений спектра, обязательным условием должна быть высокая стабильность частоты импульсов.
Абсолютное отклонение частоты 1-ой гармоники из-за нестабильности частоты питающей сети:
7
Л/0 =-^- -А/, (2)
100%
где Z - относительное отклонение частоты 1-ой гармоники.
Для ^гармоники абсолютное отклонение
7
А/к = —— к-А/ (3)
к 100%
При Z = 2%, то есть колебаниях частоты ±1 Гц, на 25 гармонике импульсного напряжения ИП при Аf =150 Гц произойдет сдвиг частоты на 75 Гц, т.є. место впадины на оси частот займет соседняя вершина спектра. Учитывая методику построения согласованных фильтров [1] выясним возможный вариант частотной характеристики фильтра для выделения сигнала КЗ.
Как известно [2] при наложении на электрохимическую ячейку (ЭХЯ) прямоугольных импульсов напряжения и относительно малых ме-жэлектродных зазорах (МЭЗ) уменьшение значения тока во времени описывается гиперболической зависимостью. При наложении импульсов напряжения в виде отрезков косинусоиды, имеющих максимальное значение в начальный момент импульса, форма тока в импульсе на малых МЭЗ также не будет совпадать с формой напряжения. Для расчета спектра на высоких частотах достаточно знать форму кривой импульса ^м(0 на его начальном участке. Изменение тога во времени можно описать следующей функцией, близкой к гиперболической (рис. 1).
Рис. 1. Форма импульсов тока на малых МЭЗ
8
им
= і о(1
cos
2 (к + 1)Ти
),
Ти (к + 1)ZtZ^к.
(4)
где Io - амплитудное значение тока; 2Ти - период повторения импульсов; k - номер интервала.
Для помехи вида (4) возможный вариант частотной характеристики фильтра для выделения сигнала КЗ является гребенчатая характеристика [3], а согласованным фильтром является гребенчатый фильтр, то есть фильтр с несколькими резонансными частотами. При расположении гребней характеристики в центрах впадин спектра коммутации и достаточно узкой полосе каждого гребня возможно полное подавление коммутационной | помехи.
Рассмотрим фильтр с несколькими избирательными усилителями, включенными на общий суммирующий каскад (рис. 2).
Входное воздействие через развязывающие конденсаторы Cl, С2, СЗ поступает на входы избирательных усилителей I,II, III. Выходные сигналы через развязывающие диоды VD1, VD2, УБЗ поступают на выходной усилительный каскад фильтра IV. При неравенстве между собой резонансных частот усилителей I - III характеристика такого фильтра является гребенчатой. Количество усилителей, соответствующих количеству гребней, и резонансные частоты усилителей определяются исходя из спектра коммутационной помехи и сигнала. КЗ характеризуется как высокочастотным, так и низкочастотным процессом. Нижняя и верхняя граница частоты процесса зависят от фазы развития КЗ. Для «ранней» стадии КЗ нижней границей являются частоты 1 - 1,5 кГц.
Рис. 2. Блок-схема гребенчатого фильтра и его амплитудно-частотная характеристика
t
Допустимые отклонения частоты зависят от разрешающей способности фильтра, определенной по ширине пропускания каждого гребня. Однако, даже при минимальной ширине полосы отклонение частоты должно быть меньше значения Д^ = 75 Гц (для ДГ = 150 Гц). Ширина полосы частот в избирательных усилителях может быть увеличена до 100 -130 Гц. При этом Д^ = 15 - 20 Гц.
При отклонении частоты сети от номинального значения Дъ = 1% и допустимом значении ДГк = 15 Гц на основании (3) к = 10, то есть возможна узкополосная селекция сигнала на частоте до 1,5 кГц. Таким образом, из-за нестабильности частоты импульсов узкополосная селекция возможна на предельном низкочастотном диапазоне сигнала. Для неискаженной передачи сигнала количество гребней и характеристика фильтра может быть сколь угодно большим. Однако основной задачей устройства защиты является обнаружение сигнала на основе выделения хотя бы некоторых его составляющих и формирование управляющего воздействия на исполнительный орган. Поэтому для фильтра устройства можно ограничиться 3 - 5 гребнями характеристики.
При подаче на вход гребенчатого фильтра импульсного напряжения вида (4) на выходе в течение некоторого времени наблюдается переходный процесс включения источника. После его завершения амплитуда колебаний становится незначительной и не воздействует на последующие исполнительные органы. Происходит практически полное подавление помехи коммутации.
Сигнал КЗ в виде стохастических колебаний тока вызывает изменение мгновенного спектра и заполнение впадин своими составляющими. При совпадении частот составляющих процесса КЗ с резонансными частотами фильтра амплитуда выходного напряжения возрастает и воздействует на исполнительные органы системы защиты.
Список литературы
1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Гриф МО РФ, 2006.
2. Акопян С. С. Исследование процесса размерной электрохимической обработки в пульсирующем потоке электролита. Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: Моск. энерг. ин-т, 1989.
3. А.С. 500967 (СССР). Способ зашиты от коротких замыканий. /К.В. Струков, В.К. Суходольский, А.М. Дядищев. Опубл. в Б.И. 1976, №4 МКИ В23Р 1/14.
Струков Константин Валерьевич, канд. техн. наук, доц., Россия, Тула, Тульский государственный университет
USE COMB FILTER FOR NARROWBAND SIGNAL SELECTION IN THE PROTECTION AGAINST SHORT CIRCUIT IN ELECTROCHEMICAL MACHINES
K. V. Strukov
The analysis of the possibilities of using the principle of narrow-tion signal selection in the protection of the tool and workpiece during the electrochemical treatment. Analysis is based on the spectral characteristics of switching noise in electrochemical processing of pulsed current. It is shown that in a fairly stable rate of melting pi-voltage protective device can effectively use comb filters, made on the basis of the frequency noizbiratelnyh amplifiers.
Key words: short-circuit protection, the spectral characteristic comb filter.
Strukov Konstantin Valerievich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.047
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРО- И НАНОШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ 1Х18Н10Т ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Нгуен Тхи Хонг
В данной работе приведена конструкция электрохимической ячейки для исследования влияния параметров электрохимической обработки (ЭХО) на качество поверхности металлов и их сплавов; проведен анализ влияния параметров электрохимической обработки на качество поверхностного слоя на микро- и наноуровне.
Ключевые слова: качество поверхности, электрохимическая обработка, наноуровень, микрошероховатость, наношероховатость.
Повышение качества поверхностного слоя металлов при электрохимической обработке имеет важное практическое значение. Состояние поверхностного слоя непосредственно влияет на технические и эксплуатационные свойства деталей, узлов и изделий в целом. Говоря о повышении качества поверхности при электрохимической обработке, чаще всего обращают внимание на уменьшение шероховатости, повышение отражательной способности и увеличение эрозионной стойкости.
Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, концентрации, скорости прокачки электролита, электрических параметров режима. Все эти факторы постоянно изменяются по времени, и процесс анодного растворения в каждой точке протекает по-разному. Глубина микронеровностей зависит от плотности тока. При высоких плотностях тока ускоренное
