Эффективная передача мощности на изменяющуюся низкоомную нагрузку.


август 2014

В ряде случаев необходимо передавать стабильную мощность на изменяющуюся низкоомную нагрузку. Это требуется, например, для технологических процессов проката металлов и штамповки деталей с их разогревом с помощью тока. В этом случае разработчики технологического оборудования сталкиваются с проблемой эффективного заданного разогрева материала или детали.

Действительно, допустим, что на нагрузку (деталь) необходимо передать электрическую мощность в 1,0 кВт, при этом сопротивление нагрузки может меняться от 100 мОм до 2 мОм. Тогда, в соответствии с известной формулой мощности:

P = I 2× Rн,

получаем .

Для Rн=100мОм величина тока составит 100 А, падение напряжения на нагрузке составит 10 В.

Для Rн=2мОм величина тока составит 710 А, падение напряжения на нагрузке составит 1,4 В.

Для реализации такой технологической операции, если задачу решать в лоб, потребуется источник со стандартным выходным напряжением 12 В и током 710 А, т.е. мощностью 8,5 кВт. Это, соответственно влечет за собой большие расходы на приобретение источника, большие габариты и массу этого источника, неэффективное его использование. В тоже время, есть возможность реализации такого технологического процесса менее затратным способом, путем применения мощных генераторов тока ГОРН-МИГ.

На рис.1 показана блок схема такого генератора:


Рис. 1

1- АС-DC преобразователь ГОРН

2- Ёмкостной накопитель

3- Мощный импульсный ключ

Допустим, что емкость накопителя достаточно большая, и изменение напряжения на емкости за время импульса достаточно мало, и им можно пренебречь. Тогда ток, протекающий через нагрузку, будет иметь следующую диаграмму


Рис. 2

– время, в течении которого импульсный ключ замкнут.

Т – период работы импульсного ключа.

Как видно, мощность, рассеиваемую на нагрузке, можно регулировать, изменяя скважность токовых импульсов Q ( ). При этом средняя мощность, выделяемая на нагрузке Рн ср. равна:

,

где Рн имп. – импульсная мощность, подводимая с помощью ключа.

С учетом того, что напряжение на выходе накопителя Uвых остается постоянным

,

тогда ,

.

При этом АС-DC преобразователь работает в режиме наибольшей эффективности.

Для нашего примера, в качестве АС-DC преобразователя можно использовать ГОРН-К-12В/100А. При этом для нагрузки сопротивлением 100 мОм скважность составит 1,44, а для сопротивления 2 мОм скважность составит 72.

При использовании генераторов ГОРН-МИГ в технологических процессах важным обстоятельством является возможность автоматической стабилизации мощности на достаточно быстро изменяющемся сопротивлении нагрузки . Резкое падение или резкое увеличение передаваемой в нагрузку мощности (при изменении ) может приводить к браку или аварийной ситуации. Генераторы ГОРН-МИГ позволяют задавать как «уставку» перед началом работы. Далее стабилизация Рн в широком диапазоне осуществляется автоматически за счет регулирования двух величин: Uвых АС-DC преобразователя и Q (скважность) импульсного генератора. Возможны варианты исполнения генераторов ГОРН-МИГ, когда управление выходным импульсным ключом и Uвых АС-DC преобразователя осуществляется от внешнего сигнала (опция – обеспечивается потребителем).

Так как выходной импульсный ключ является полностью управляемым элементом, то возможно мгновенно (за 1 мкс) прервать процесс передачи мощности в нагрузку по внешнему аварийному сигналу (опция).

Возможна (по Т.З. заказчика) стабилизация не постоянного заранее выставленного значения Рн, а некоторого «профиля изменения Рн» для разовых или циклических техпроцессов (по заранее введенным данным или текущим сигналам управления с внешнего устройства управления).

Техпроцессы в которых могут применяться генераторы ГОРН-МИГ:

  • прокатка «под током», в том числе высокотемпературных «сверхпроводимых материалов»;
  • штамповка «под током», клепка «под током», гибка «под током», вытяжка «под током», спекание «под током»;
  • контактная (не дуговая) сварка металлов и пластмасс;
  • питание спецнагревателей с изменением их сопротивления в широком диапазоне при собственном нагреве;
  • В некоторых случаях возможна обработка исходно жестких (хрупких) материалов, неподлежащих обработке другими методами.

За счет четкого контроля мощности передаваемой в техпроцесс (и в результате – контроля температуры техпроцесса в широком диапазоне изменения ) возможно получение новых свойств у материалов, снижение брака, снижение аварийности техпроцесса.

Протекание импульсного тока может приводить к структурированию кристаллической решетки материалов, уменьшению дефектов в ней и улучшению некоторых электрофизических свойств (например снижению омического сопротивления).


Copyright © 2003-2017 Л-С-И
Лаборатория Силовых Источников
Вверх
Рейтинг@Mail.ru