CC BY
62
расхождения волновых параметров не наблюдается. В то же время при использовании Г-образ-ной схемы замещения данное расхождение удается получить, однако его величина заметно меньше, чем обнаруженная в результате эксперимента. Тем не менее качественный характер изменения зависимостей параметров совпадает с экспериментальным. В качестве примера на рис. 4 приведены расчетные зависимости эквивалентной продольной емкости СР, полученные при выборе в качестве начальной точки обмотки точек /1 и X.
Таким образом, применение П-образной схемы замещения для анализа перенапряжений в обмотках электрических машин, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты, не всегда оправдано, т.к. она не отражает в полной мере особенности протекания в обмотке высокочастотных электромагнитных процессов,
СПИСОК }
1. Каганов, З.Г. Электрические цепи с распределенными параметрами и цепные схемы |Текст| / З.Г. Каганов.— М.: Энергоатомиздат, 1990.— 248 с.
2. Коськин, Ю.П. Перенапряжения в частотно-управляемых линейных асинхронных двигателях |Текст| / Ю.П. Коськин, М.Н. Беналлал.— СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.— 60 с.
3. Бен&гтал, М.Н. Перенапряжения в частотно-управляемых линейных асинхронных двигателях при ши-ротно-импульсной модуляции напряжения |Текст|: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук: 05.09.01/Н.М. Беналлал / Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им. В.И. Ульянова (Ленина) «ЛЭТИ».— СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- 2004,— 14 с.
4. ДоанАньТуан. Высокочастотные электромагнитные процессы в электроприводе с линейным асинхронным двигателем при питании от преобразователя часто-
а сама обмотка не может считаться симметричной цепью при частотах от 10 кГц и выше.
Зависимости входных ВЧП от частоты выражаются графиками, имеющими резонансные максимумы и нулевые точки в области 100—150 кГц, смещающиеся в сторону увеличения частоты при уменьшения числа катушек в фазе обмотки.
Выявлено, что при частотах выше 10 кГц величины поперечных параметров обмотки зависят от того, какая ее точка выбрана в качестве начальной.
Показано, что при анализе высокочастотных электромагнитных процессов обмотка статора не может быть представлена с помощью симметричной схемы замещения.
Авторы выражают сердечную благодарность доктору технических наук профессору Ю.П. Коськину за ценные советы и помощь в работе над статьей.
ты с широтно-импульсной модуляцией |Текст| / автореферат дисс. ... к. т. н. / Доан Ань Туан // СПбГЭТУ (ЛЭТИ).- 2007.— 16 с.
5. Ватаев, A.C. Высокочастотные электромагнитные процессы и Перенапряжения в частотно-регулируемых асинхронных электродвигателях с короткозам-кнутым ротором |Текст|: автореферат дисс.... канд. техн. наук// СПбГП,- 2009,- 16 с.
6. Бен&гадл, М.Н. Определение высокочастотных параметров электрических машин переменного тока |Текст| / М.Н. Беналлал, A.C. Ватаев, Доан Ань Туан, Т. Нахди // Известия СПбГЭТУ (ЛЭТИ).- 201*1,-№ 5,- С. 78-86.
T.Instruction Manual «7600 Precision LCR Meter Model B» Quadtech |Текст| / Inc. 1997.— 5 Clock Tower Place, 210 East Maynard. Massachusetts. USA.— 017542530,- October, 2002.
УДК 621.9.048.4
A.C. Куприянов, A.H. Журавлев
ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ В ПРОТОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ
В связи с развитием отрасли машинострое- лей, применяемые в настоящее время, обладают
ния возрастает потребность в оборудовании для низкой производительностью и, кроме механи-
проведения финишных и отделочных операций, ческого полирования, отрицательно влияют на
полирования и т. д. Методы полирования дета- экологию. Процесс электролитно-плазменного
полирования (ЭПП) благодаря использованию нетоксичных электролитов не несет вреда окружающей среде и обладает самой высокой производительностью по сравнению с другими методами полирования. Однако метод ЭПП обладает одним недостатком — высокой энергоемкостью, вследствие чего к источникам питания предъявляются особые требования: мощность 10—50 кВт, напряжение 250—400 В, сила тока 25—125 А.
Установки ЭПП, предназначенные для учебных и исследовательских целей, обычно не могут обрабатывать детали площадью более 30 см2. Поэтому возникла необходимость в новом источнике питания, который позволит полировать детали площадью 100 см2.
Разработан проект нового источника питания (И П-2) на ток до 45 А, что позволит обрабатывать детали большой площади. В данной статье также рассмотрен источник питания ИП-3.
Поскольку процесс ЭПП энергоемкий, то необходимо знать и по возможности повысить КПД, совф, а также проанализировать влияние источника питания на питающую сеть. Коэффициент мощности является основным критерием эффективности использования электроэнергии, а потому целесообразно рассмотреть способы повышения коэффициента мощности.
Кроме того, представляют интерес зависимости шероховатости и производительности от коэффициента пульсации, который характеризует форму напряжения источника питания. В этой связи в источнике питания использовались: однофазная мостовая схема, трехфазная мостовая схема и обыкновенные неуправляемые диоды. Форма выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсации Коэффициент пульсации для однофазной мостовой схемы определяется выражением
<7 = ит1/иф (1)
где 1/т1 — амплитудное значение 1-й гармоники выпрямленного напряжения; 1}а—действующее значение напряжения.
Коэффициент пульсации для трехфазного мостового выпрямителя определяется выражением
где т — кратность частоты переменной составляющей к частоте сети, зависящая от схемы вы-
прямителя и называемая числом фаз выпрямителя, или пульсностью выпрямителя*.
Рассмотрим спроектированный и фактический источники питания, выделим основные достоинства и недостатки предложенных вариантов. Спроектированный источник питания И П-2 представлен на рис. 1.
Был спроектирован источник питания И П-2, который состоит из главного рубильника 01 (7) контрольной лампы Л1 (2), трансформатора Т1 (5), выпрямителя (4), амперметра (5), вольтметра (6) и электродвигателя (9) привода системы охлаждения диодов. Трехфазное напряжение подается на главный рубильник 01. Контрольная лампа Л1 информирует о наличии напряжения на установке. Далее к первичным обмоткам ступенчато регулируемого трансформатора Т1, преобразующего трехфазное напряжение 380 В в напряжение 170 В, обмотки которого соединены звездой. Напряжение с выходов трансформатора подается на трехфазный мостовой выпрямитель 4, состоящий из диодов К01— УВЬ на ток 200 А и напряжение 600 В. На выходе выпрямителя для сглаживания напряжения включен конденсатор 7емкостью С, = 800 мкФ. Также к выходным клеммам подключены амперметр 5и вольтметр бдля контроля электрических параметров процесса. Кроме того, в установке расположен электродвигатель с вентилятором для охлаждения диодов, который включается выключателем 02 8. Далее рассмотрим фактический источник питания, он представлен на рис. 2.
Источник питания ИП-3 состоит из главного рубильника 01 7, контрольной лампы Л1 2, реостата 4, выпрямителя 3, амперметра 5, вольтметра 6 и электродвигателя 7 привода системы охлаждения диодов. Трехфазное напряжение подается на главный рубильник 01. Контрольная лампа Л1 информирует о наличии напряжения на установке. Напряжение с главного рубильника подается на трехфазный мостовой выпрямитель 4, состоящий из диодов ИШ— К£)6 на ток 200 А и напряжение 600 В. К выходным клеммам подключены амперметр 5 и вольтметр бдля контроля электрических параметров процесса. Кроме того, в установке расположен электродвигатель с вентилятором для охлаждения диодов,
* Горбачев, Г.Н. Промышленная электроника: Учебник для вузов // М.: Высшая школа, 1982.— 496 с.
380 в &
Рис. 1. Принципиальная схема спроектированного источника питания ИП-2
380 В 0-В
Рис. 2. Принципиальная схема фактического источника питания ИП-3
который включается выключателем 02. Регулирование напряжение осуществляется с помощью реостата. Предложено два варианта источников питания: спроектированный источник питания ИП-2 и источник питания установки ЭПП-2 (ИП-3). Оба источника характеризуются высокими потребляемыми мощностями (40—45 кВт)
и рабочим током (50—90 А). В ИП-3 регулирование напряжения осуществляется изменением числа витков вторичной обмотки. В ИП-3 регулирование напряжения осуществляется изменением сопротивления реостатов. Технические характеристики источников питания приведены в табл. 1.
Таблица 1
Технические характеристики источника питания
Источник Наименование Модель Сила тока Наряжение Емкость
питания элемента элемента /, А и, В С, мкФ
ИП-2 Трансформатор Трансформатор ТС-3500/10-93У2 118 500 —
Диод ВЛ200Х 160 800 -
Конденсатор К40-17 - 1500 40
ИП-3 Диод ВЛ200Х 160 800 -
Реостат - 20А 400 -
0,015
0,01
0,005
\_L
2 /
0,25
0,5
0,75
Рис. 4. Зависимость производительности П от коэффициента пульсации д (1) и коэффициента мощности со5ф (2)
Рис. 3. Электрическая схема измерения коэффициента мощности со8ф и коэффициента пульсации q
Спроектированный источник питания ИП-2 имеет диапазон регулирования напряжения 280—320 В за счет применения регулируемого трансформатора, что позволяет обрабатывать разные материалы. Источник питания ИП-3 более прост и технологичен в изготовлении. Поскольку в ИП-3 отсутствует блок конденсаторов и регулируемый трансформатор, то это повышает cos 9 за счет снижения реактивной мощности, но снижает КПД. Изменение напряжения источника питания установки ЭПП-2 осуществляется с помощью реостата, что проще и быстрее, чем переключение вторичных обмоток регулируемого трансформатора на спроектированном источнике питания.
В проведенных исследованиях были получены зависимости шероховатости и производи-
П, г/СМ~'М11Н 0,02
сс^ф, q
тельности от коэффициента мощности совф и коэффициента пульсации Они представлены на рис. 4, 5.
Исходные данные: напряжение — II = 320 В; раствор — 1МН4С1; концентрация электролита — /7 = 0,6 моль/л; начальная температура электролита — / = 90 °С; материал образца — Л62; площадь обрабатываемой поверхности — »У = 32 см2; обрабатываемая длина — / = 50 мм, ширина образца — Ь = 30 мм, толщина образца — А = 2 мм; плотность тока — / = 0,2 — 0,5 А/см'1; время обработки — х = 3 мин; исходная шероховатость — Яаисх = 1,2 мкм; скорость перемешивания электролита — V = 0,15 м/с.
Значения напряжения, скорости перемешивания электролита, времени обработки и концентрации электролита выбраны на основе данных, полученных в предварительных экспериментах.
На рис. 3 представлена электрическая схема подключения приборов для измерения коэффициента мощности сое ф и коэффициента пульсации
Результаты эксперимента по исследованию влияния коэффициента пульсации # на шероховатость и производительность ЭПП в проточном электролите представлены в табл. № 2
Результаты эксперимента по исследованию влияния коэффициента мощности Км на шероховатость и производительность ЭПП в проточном электролите представлены в табл. 4.
Зависимости производительности и шероховатости от коэффициента пульсации и коэффициента мощности представлены на рис. 4 и 5.
Проведенные исследования показали, что снижение коэффициента пульсации до 0,0571 снижает шероховатость поверхности, получаемой при ЭПП в проточном электролите, до 0,334 мкм по параметру Яа. Если коэффициент пульсации превышает или равен 0,67, то процесс ЭПП невозможен, так как пульсация напряжения не позволяет возникнуть стабильному электрическому разряду. Повышение коэффициента пульсации до 0,67 приводит к повышению производительности процесса ЭПП в проточном электролите до 0,15698 г/см2-мин, вплоть до полного прекращения процесса ЭПП. Если коэффициент пульсации превышает или равен 0,67, то начинается процесс анодного растворения в режиме высоких напряжений (320 В), что объясняет высокую производительность (1,65879 г/см2-мин) в эксперименте № 3.
Рис. 5. Зависимость шероховатости Яа, от коэффициента пульсации д (/) и коэффициента мощности со8ф (2)
Таблица 2
Зависимости производительности и шероховатости от коэффициента пульсации ц
Номер эксперимента Ш ероховатость Яа, мкм Производительность П, г/см" мин Напряжение и, В Коэффициент пульсации <7
Яа, Ка, Яа,
1 0,380 0,322 0,302 0,334 0,0006745 320 0,0571
2 0,610 0,482 0,510 0,834 0,0015698 320 0,1333
3 1,348 1,080 1,180 1202 0,0165879 320 0,67
Таблица 3
Зависимости производительности и шероховатости от коэффициента мощности соэф
Номер эксперимента Ш ероховатость Яа, мкм Производительность П, г/см" мин Напряжение и, В Коэффициент пульсации, <7 СОвф
Яа, На, Яа,
1 2 0,380 0,348 0,322 0,290 0,302 0,326 0,334 0,322 0,0006745 0,0006125 320 320 0,0571 0,0571 0,5 0,9
Спроектированный источник питания ИП-2 имеет диапазон регулирования напряжения 280— 320 В за счет применения регулируемого трансформатора, что позволяет обрабатывать разные материалы. Источник питания ИП-3 более прост итехнологичен в изготовлении. Поскольку в ИП-3 отсутствует блок конденсаторов и регулируемый трансформатор, это повышает совф за счет снижения реактивной мощности, но снижает КПД. Изменение напряжения источника питания установки ЭПП-2 осуществляется с помощью рео-
стата, что проще и быстрее, чем переключение вторичных обмоток регулируемого трансформатора на спроектированном источнике питания. Наличие регулируемого трансформатора в ИП-2 снижает коэффициент мощности совф . ИП-3 лишен этого недостатка за счет отсутствия регулируемого трансформатора, а реостаты потребляют активную составляющую мощности. Учитывая преимущества источника питания ИП-3, используем этот вариант ИП для сборки и применения на установке ЭПП-2.
