Введение к работе
'-'.'._::;'.': -Актуальность проблемы. Задача технического перевооружения и перевода экономики на интенсивный путь развития требует дальнейшего повышения эффективности технологических процессов термообработки, улучшения качества готовой продукции и экономических показателей процессов. Это может быть достигнуто применением электрофизических методов термообработки и, в частности, использованием энергии электромагнитных волн высокочастотного диапазона. Применение высоких частот позволяет концентрировать энергию^ с поверхностной плотностью до 20кВт/см*, объемную до -200 кЕт/см", и осуществлять высокую скорость нагрева.
Наиболее энергоемкими технологическими процессами, исполь-.зующими энергию высокочастотных колебаний, являются индукционнея пайка, сварка и закалка металлов, индукционная плавка оксидов в холодных тиглях и другие виды индукционного нагрева. Основным источником высокочастотных колебаний радиодиапазона является( ламповый генератор (ЛП, нагрузкой которого при индукционном нагреве служит индуктор с помещаемой в него детелью.
Характерной особенностью индукционного нагрева является изменение параметров -системы индуктор-деталь в ходе технологического процесса, что приводит к изменению выходной частоты колебаний и энергетического режима работы генератора. Зтс явление приводит к необходимости рассматривать источник питания (ИП) и технологическое звено как единое целое и анализировать влияние, оказываемое технологическим звеном на работу УЛ.
Важнейшей проблемой является выбор элементов ЛТ таким образом, чтобы при возможном изменении параметров нагрузки рабочая частота генератора не выходила из диапазона частот, предусматриваемого ГОСТ, а такяе чтобы в ходе технологического процесса иок-держивать высокие экономические показатели. Исследования, проведенные в диссертацпонноіі работе, позволяют дать рекомендации проектировщикам высокочастотных ИП для индукционного нагрева с ЛТ' по выбору элементов схем, определить оптимальные режимы ЛГ с высоким кпд, используя нагрузочные характеристиіш, повысить качество выпускаемой продукции, а также ускорить процесс проектироваккк высокочастотных ИП для электротехнологий.
- г -
Цель работы. Основная цель работы состоит в разработке методов исследований рабочих режимов Ж1, выработке рекомендаций ііо выбору элементов схем Ш длинноволнового и средневолнового диапазона частот на стадии проектирования для поддержания стабильности выходной частоты и высоких технико-экономических показателей в течение всего технологического процесса при изменении параметров шщуционной нагрузки в широком диапазоне, повышении качества выпускаемой продукции, а такяо расширении функциональных возможностей Ж\"
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
получить нагрузочные характеристики Ж1, т.е. зависимости основных энергетических показателей от эквивалентного сопротивления нагрузки,
оценить влияние изменения параметров нагрузки в диапазоне , характерной для индупионного нагрева при различных величинах элементов выбранных схем,
разработать Ж\ обладающие повышенной стабильностью выходного напряжения, а также способностью изменять величину выходной мощности по 'заранее заданному закону,
разработать программы, позволяющие ускорить процесс проектирования, повысить его эффективность.
Методы исследования. Исследование рабочих режимов Ж1 проводились с использованием системы анализа схем Ж", позволяющей значительно сократить время исследований, и основанной на решении начальной задачи Кэши, которое дает возшашость определить форму и значения напряжений и токов на олементах схемы как в установившемся, стационарном режиме, так и на протяжении всего переходного процесса.
Предварительная оценка правильности выбора элементов схем проводилась с помощью программы расчета мощного электронного генератора, а также с использованием аппарата расчета частотных характеристик. Достоверность проведенных исследований подтверждается адекватностью математической модели физическим процессам, проистекающим в Ж', корректностью использования математи-1 ческого аппарата.
Научная новизна. Новизна работы заключается в следующем:
получении нагрузочных и энергетических характеристик автогенераторов, используемых в электротехнологиях, выполненных по одно- и двухконтурной схемам;
разработке способа улучшения энергетических показателей электротехнологических установок с ЛГ путем изменения собственных частот отдельных контуров, входящих в колебательную систему автогенераторов;
выработке рекомендаций по проектированию мощных ЛГ для электротехнологий в средне- и длинноволновом диапазоне частот;
-разработке схемных решений ЛГ, защищенных авторскими свидетельствами, которые дают возможность избавиться от низкочастотных пульсаций, возникающих при использовании в качестве источника анодного напряжения трехфазного выпрямителя и влияющих на качество готовой продукции;
- разработке программы расчета мощного электронного генера
тора, зарегистрированной в ГОСФАП, позволяющей рассчитывать
энергетические характеристики генераторов, используя в качэстяе
базовых данных реальные вольт-амперные характеристики электрон
ных ламп, и параметры элементов, на основании полученных харак
теристик,, для различных схемных решений.
Практическая ценность работы. Получены энергетические и нагрузочные характеристики одно-и двухконтурных схем ЛГ, что особенно важно при проектировании генераторов на широкий спектр технологических нагрузок, а также определена динамика рабочего технологического, режима в случае работы генератора в заданном технологическом процессе. Проведены исследования возможностей повышения технико-экономических показателей генератора путем ' изменения собственных частот контуров, входящих в колебательную систему. Проведен анализ способов регулирования выходной мощности ЛГ и предложено устройство, выполняющей эту функции, на" ко-, торую получено"авторское свидетельство. Разработаны схемные решения ЛГ, которые позволяют повысить стабильность выходного напряжения путем компенсации низкочастотных пульсаций выпрямителя. Разработана программа расчета мощного электронного генератора. Разработано математическое обеспечение для программы анализа частотных характеристик и системы анализа устройств электропи-
тания, олукащие для визуального отображения получаемой информации и.повышающие эффективность проектирования ЛГ.
Апробация работы.Основные положения и результаты работы, а также отдельные разделы работы докладывались и обсуждались на зональном научно-техническом семинаре "Применение лазеров в промышленности и научных исследованиях", Челябинск, 1988, на Межреспубликанской конференции "Методы и средства управления технологическими процессами", Саранск, 1989, на 8 Всесоюзной конференции "Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве", Челябинск, 1989, на XI Всесоюзной конференции " Применение токов высокой частоты для электротех-нологий", Ленинград, 1991, на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им, В.И. Ульянова-(Ленина.),..1987Л992 гг.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, из которых 4 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 57 наименований, и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 108 страницах машинописного текста. Работа содержит 20 таблиц, 86-рисунков.