Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [ 27 ] 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

Рис. 58. Тиристорный высокоча стотный контактор

ДЛЯ конденсаторов, а перепады температур иногда достигают 30 deg; С и более. В этих тяжелых условиях конденсаторы выходят из строя редко. В целом конденсаторы в нагревательных условиях являются одними из наиболее надежных элементов, но их параметры следует совершенствовать для снижения потерь, повышения долговечности и стабильности номинальных величин.

Закалочный бак нагревательного контура, предназначенный для сбора закалочной жидкости и установки спецоснастки, в том виде, как он комплектуется заводом-изготовителем, в массовом производстве не используется. Для каждого технологического процесса термообработки тракторных деталей закалочный бак изготавливается применительно к геометрии обрабатываемой детали и заданной программе, поэтому покупной блок не используется и лишь удорожает цеховую себестоимость выпускаемой продукции. Характерным для типовых закалочных баков является наличие механизма вращения нагреваемой детали, который приводится в движение под действием струи воды или закалочной жидкости по типу турбинной крыльчатки. Ежесуточный расход воды и тем более закалочной жидкости может оказаться таким, что термообработка т. в. ч. может оказаться экономически невыгодной по сравнению с другими видами нагрева. При мелкосерийном производстве этот недостаток может оказаться малозаметным.

Шкафы управления, контакторный и пусковой. Пусковой шкаф, предназначенный для пуска двигателя преобразователя, согласно техническим условиям, выполнен по схеме прямого пуска. Ввиду низкого качества преобразователей вертикального исполнения по токам перегрузки в условиях эксплуатации при частых переключениях обслуживающий персонал вынужден возвращаться к прежней схеме двухступенчатого пуска двигателя преобразователя. В этом случае пусковой шкаф видоизменяется. Заслуживает внимания схема, по которой автотрансформаторный пуск выполнен по последовательной схеме для всех преобразователей, установленных в данном машинном зале технологического участка. При этом, во-первых, освобождаются производственная площадь и вспомогательное силовое оборудование, во-вторых, предотвращается поломка преобразователей от токов перегрузки.

В контакторном шкафу и в шкафу управления электрическая схема предусматривает расширенное применение элементов типа laquo;логика raquo; и силовых управляемых полупроводниковых элементов. Тиристорный высокочастотный контактор (рис. 58) имеет много преимуществ по сравнению с контактором серии К-1000 и в производственных условиях его заменил.

В силовых цепях постоянного и переменного тока промышленной и высокой частоты в настоящее время применяются выключатели с электромеханическим приводом. Основной их недостаток заключается в том, что они имеют зависимые электрическую и механическую цепи с подвижными электрическими контактами. Такой выключатель не выдерживает перегрузок и быстро выходит из строя вследствие ослабления пружин и подгорания контактов даже при нормальной работе. Для цепей постоянного и переменного тока промышленной и высокой частоты выпускаются разные типы выключателей, например серий КТ..., КВ..., АВ... и др. Срок их действия ограничен, а ремонт в производственных условиях затруднен, а иногда и невозможен. Кроме того, такие выключатели за счет наличия переходного сопротивления контактов и возникновения электрической дуги между ними влияют на нормальную работу нагрузочных устройств (электрических печей, двигатель-генераторов, цепей управления и пр.). Конструкция любого типа выключателя ограничена по мощности. Конструкция выключателя на тиристорах не имеет подвижных электрических контактов. Принцип работы выключателя основан на управляемых свойствах тиристора, включенного последовательно с сопротивлением нагрузки. При подаче на управляющий электрод тиристора отпирающего потенциала через нагрузку потечет электрический ток. Снятие управляющего потенциала соответствует отключению нагрузки от питающей сети. Для исключения попадания сетевого потенциала (прямого и обратного) на тиристор последний включен в диагональ мостового выпрямителя. Таким образом, выключатель представляет собой универсальный блок, составленный из четырех диодов и управляемого тиристора. Блок может включаться в любую из фаз источника напряжения и прерывать ток автономно или параллельно в зависимости от поданного маломощного управляющего сигнала. Мощность выключателя определяется типом выбранных тиристоров, диодов и количеством универсальных блоков, включенных параллельно в любую из фаз. Диоды и тиристоры крепятся на общей плате с электрическим входом и выходом и могут набираться по типу галет на общих шпильках.

Предлагаемая конструкция выключателя может быть использована, например, взамен дефицитных и ненадежных высокочастотных контакторов, применяемых в высокочастотных установках серии МГЗ и в других устройствах на любой частоте.

Через тиристор ток течет всегда в одном направлении, в то время как в сети и при нагрузке ток может быть любой полярности. Это большое преимущество, которое позволяет использовать бесконтактный прерыватель цепи для любого рода нагрузки (в высокочастотных нагревательных установках, электропечах, приводных двигателях и электрогенераторах, в осветительной и другой сети). Схема имеет практически неограниченный срок службы, безынерционна и исключает все недостатки, присущие прерывателям с электромеханическим размыканием цепи. В много-

/гб в. д. Сидоренко 161

фазных цепях схема управляемого мостового прерывателя включается в каждую фазу как автономный прерыватель. Мощность прерывателя определяется типом примененного управляемого тиристора.

Схемы бесконтактного прерывателя. В электротехнических устройствах, особенно в электротермических установках для подачи питания используются вводные автоматы преимущественно с электромеханическим приводом. Во вторичных силовых цепях как промышленной, так и повышенной частоты в качестве прерывателей применяются разъединители, имеющие механические контакты, приводимые в действие от обмотки электромагнитного реле. Электромагнитные контакты недолговечны, часто подгорают, имеют повышенный износ, большие потери электроэнергии на переходном сопротивлении, создают электрическую дугу, которая вносит нестационарные колебания в устройства и приводит к выходу из строя аппаратуры (пробои высоковольтные и высокочастотные, наводки за счет э. д. с. самоиндукции и пр.).

Известные устройства для бесконтактного отключения индуктивных цепей содержат диод, управляемый тиристор, дуговой управляемый ограничитель перенапряжения и коммутирующий конденсатор. Конденсатор включен последовательно с дуговым управляемым ограничителем перенапряжения и шунтироран диодом. Цепь коммутирующего конденсатора параллельна тиристору, который включен непосредственно в цепь источника питания.

Имеется электрическая схема бесконтактного включения напряжения любой полярности и произвольной частоты. Сущность схемы состоит в том, что в цепь нагрузки последовательно с ней включается двухполупериодный мостовой выпрямитель, в противоположную диагональ которого включен управляемый тиристор. В нерабочем положении (на управляющем электроде тиристора отсутствует потенциал управления) тиристор заперт и цепь нагрузки разорвана. По цепи ток не течет.

В прерывателе управляемый тиристор включен в цепь источника питания через мостовой двухполупериодный выпрямитель, а диоды противоположных звеньев моста -последовательно с ним. Источник питания и нагрузка включены в диагональ, противоположную диагонали тиристора, управляющий электрод которого замкнут на анод через нормально открытые контакты промежуточного реле. Такая схема имеет достоинства. Она проста в сборке, наладке и обслуживании. Тиристор защищен от перенапряжений по прямому и обратному току, что повышает надежность устройства. Управляемый вентиль независимо от полярности источника тока всегда находится под прямым потенциалом, поэтому устройство в целом мало зависит от времени восстановления управляемости тиристора. Он поляризован и обеспечивает автоматическое включение и выключение цепи постоянного тока любой полярности и переменного тока, вплоть до высоких частот. Управление бес-

контактным прерывателем выполняется дистанционно и сверхмалыми токами, достаточными для замыкания цепи анод-управляющий электрод тиристора.

Простейшие и наиболее экономичные способы управления тиристорами предусматривают в цепи управляющего электрода наличие резистора и С-цепей [43]. В таких схемах в цепи управления предусмотрен диод, который препятствует появлению обратного напряжения между катодом и управляющим электродом. Тем не менее такие схемы неработоспособны, как прерыватели на постоянном токе.

Устранение из цепи управления резистора и диода изменяет функциональные связи электродов тиристора: управляющий электрод оказывается включенным непосредственно (через контакты промежуточного реле) на анод, а цепь управляющий электрод-катод постоянно разомкнута. В связи с тем что тиристор включен в диагональ силового двухполупериодного мостового выпрямителя, управляющий электрод замкнут на цепь источника питания в прямом направлении и разомкнут в обратном направлении независимо от рода тока. Когда тиристор открыт, цепь управляющий электрод-катод шунтирована цепью анод-катод, поэтому ни по одной цепи невозможны обратные перенапряжения, приложенные к переходу катод-управляющий электрод.

Схема с исключенным из цепи управления резистором кроме изложенного становится управляемой при нагрузках с токами меньше и больше величины тока удержания, что очень важно и не вносит искажений при повышенных частотах переменного тока. В качестве примера можно отметить, что прерыватель на одном тиристоре ТЛ-200 работает с частотой 8000 Гц при номинальной силе тока 170-190 А (при нагрузке) и напряжении 800 В. Такой прерыватель может работать не только в активно-индуктивной цепи, но и непосредственно в нагрузочном колебательном контуре для отключения (включения) конденсаторов.

Опытный образец высокочастотного контактора представляет собой смонтированный на общей плате управляемый силовой тиристор типа ТЛ-200 и четыре диода типа ВЛ-200, включенных по мостовой схеме. Напряжение 750 В от машинного преобразователя типа ВПЧ-100/8 мощностью 100 кВт, частотой переменного тока 8000 Гц подается через контактор на нагревательный индуктор Zh, включенный параллельно с подстроечным конденсатором. Нагревательный колебательный контур в зависимости от настройки может представлять собой эквивалентное сопротивление как чисто активное, так и реактивное - емкостное или индуктивное. Во всех случаях высокочастотный контактор работает устойчиво, независимо от характера нагрузки.

Замыкание электрической цепи индуктора через контактор происходит в тот момент, когда контакты вспомогательного реле замкнут управляющий электрод тиристора на его анод. Цепь нагрева разрывается размыканием контакта вспомогательного

реле. В качестве вспомогательного реле используется реле типа ДЗ-М, которое включается от бесконтактного датчика типа БК-А, сигнализирующего о наличии нагреваемой детали в индукторе и длительности цикла нагрева (датчик БК-А на рис. 58 не показан).

В электротермических установках для регулирования напряжения в трехфазных цепях используются регуляторы, выполненные на управляемых вентилях. Они содержат силовую схему и цепи управления преимущественно с R-С-фазовращателями или с блоками, включенными на линейные напряжения до нагрузки. Такие регуляторы, как показывает практика, являются сложными

в обслуживании и,

-\Иагр(/зка\-

Рис. 59. Тиристорный регулятор температуры нагрева

кроме того, расходуют много энергии по цепям управления. Иногда регуляторы содержат силовые тиристоры, включенные в треугольник, замыкающий нулевую точку нагрузок. Основным их недостатком является малая регулировочная способность по глубине и плавности регулирования.

Тиристорный регулятор может содержать тиристоры, включенные по схеме треугольника, и разделительные диоды в цепях управления. Общая точка разделительных диодов подключена к нулевой точке сети, а для того, чтобы обеспечить глубокое и плавное регулирование напряжения нагрузок, регулятор имеет переключающие элементы, конденсаторы, постоянные и переменные резисторы. Все элементы включены в определенной последовательности.

Наиболее простой тиристорный регулятор (рис. 59), который нашел применение в практике термообработки тракторных деталей, имеет в своем составе всего лишь один управляемый вентиль, включенный в нулевой провод. Регулирование осуществляется путем отпирания и запирания тиристора за счет вспомогательного промежуточного реле, срабатывающего от датчика температуры, установленного в пространстве нагревательной печи. Электрическая силовая схема и схема управления содержат всего лишь 12 полупроводниковых приборов, обеспечивающих регулирование нагрева по любому температурному циклу.

В схемах регулирования, особенно в силовых и высокочастотных цепях, можно совершенствовать не только всю схему с применением управляемых вентилей, но и отдельные узлы и элементы схемы (рис. 60).

Распространенные электромагнитные контакторы переменного тока повышенной частоты серии К-ЮОО открытого исполнения используются на частотах от 500 до 8000 Гц при номинальном напряжении до 1600 В. Они входят в состав шкафа контакторного большинства высокочастотных установок, включая И32-100/8. Основными их недостатками, особенно при частой цикличности переключений, являются ненадежная работа дугогасительных камер и подгорание подвижных контактов при включении (выключении) контактора. С целью исключения искрообразования . или снижения его до мини-

1рп:

л i л 2

-CJ-

Рис. 60. Трехфазный прерыватель-регулятор температуры индукционной печи

мально допустимых пределов создаются довольно сложные схемы управления с использованием полупроводниковых вентилей.

lt;1 gt;

Рис. 61. Схема бездугового прерывателя электрической цепи

Контактор, состоящий из основания, блок-контактов, контактной, дугогасительной, подвижной и электромагнитной систем (рис. 61), исключает дугообразование на блок-контакте, включенном в цепь втягивающей катушки. Его электромагнитная система состоит из сердечника, якоря, выпрямителя, удерживающей и втягивающей катушек и нормально замкнутых блок-контактов, шунтирующих удерживающую катушку.

Параллельно втягивающей и удерживающей обмоткам включены обратные диоды, и параллельно блок-контактам включен тиристор таким образом.что его катод замкнут на один из выводов удерживающей катушки, а управляющий электрод замкнут на второй блок-контакт. Исполнение схемы на контакторах серии К-1000 исключает искрообразование на подвижных контактах обмотки управления и повышает долговечность контактора. По этому же принципу может быть снижено искрообразование в дугогасительной камере силовой цепи.

Схема замещения контактора К-1000 тиристорным безынерционным контактором представлена на рис. 62.

Высокочастотная установка типа И32-100/8 видоизменяется как базовая модель электротермического устройства повышенной