Ранцевая магинтно-импульсная намагничивающая установка для пожаротушения

Полезная модель относится к области импульсной техники. В известную импульсную намагничивающую установку (ИНУ) введено встроенное программируемое устройство, подключенное к блоку управления (БУ), к которому подключены коммутирующее устройство (КУ) с группой контакторов, блок коммутации (БК) с силовым коммутирующим прибором (игнитроном или тиристором), а также пульт управления (ПУ). Блок питания (БП) соединен с емкостным накопителем энергии (ЕНЭ), который подключен через блок диодов (БД) к БК, а к его выходу подключен индуктор. При этом блок питания (БП) подключается к сети через КУ по сигналу с БУ и отключается от сети по достижении необходимого напряжения благодаря наличию обратной связи в этой цепи. Сигнал обратной связи формируется в БУ по сигналу с выхода делителя, расположенного в КУ и подключенного к ЕНЭ. Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является использование в ИНУ микропроцессора, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), знакосинтезирующего устройства и клавиатуры для ввода напряжения заряда U_в. ИНУ способна работать в ручном и автоматическом режиме по сигналам с персонального компьютера (ПК). В заявляемой ИНУ предусмотрено регулирование напряжения U_з в ЕНЭ с шагом 1В, при этом повышается точность регулирования магнитного поля H_i в рабочей зоне индуктора. В установку дополнительно введен блок реле (БР), при этом контакты реле подключены к ПУ, а выводы обмоток реле подключены к блоку управляющих сигналов (БУС). Установка предназначена как для намагничивания, так и для размагничивания любых, в т.ч. высококоэрцитивных постоянных магнитов (ПМ) из сплавов редкоземельных металлов (РЗМ). Накопленная в ЕНЭ энергия разряжается через БД и БК на индуктор, где происходит намагничивание или размагничивание ПМ. Другая область применения ИНУ - последовательное намагничивание, размагничивание и перемагничивание ПМ двухполярным магнитным импульсом с целью определения их магнитных характеристик.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к области импульсной техники.

Известна импульсная намагничивающая установка (ИНУ) (далее по тексту - установка) УИН-2000 [1], выполненная в виде шкафа. На панели управления, расположенной на передней стенке, расположены кнопки «Заряд», «Разряд», «Сброс», вольтметр, переключатель режимов работы коммутатора, задатчик уровня заряда емкостного накопителя энергии (ЕНЭ). В кассете панели управления размещена плата управления, которая вместе с вышеприведенными приборами и управляющими элементами представляет собой блок управления (БУ). Внутри шкафа размещена батарея конденсаторов, служащая емкостным накопителем энергии. Кроме того, в шкафу отдельными блоками расположены блок питания (БП), блок диодов (БД), коммутирующее устройство (КУ), блок игнитрона (тиристора) или блок коммутации (БК).

Недостатком этого аналога является то, что ступенчатое изменение величины напряжения заряда U_з в ЕНЭ производится с большим шагом - 10 В, пропорционально этому значению изменяется и импульсное магнитное поле Н _i в рабочей зоне индуктора, то есть точность при задании Н_i является недостаточно высокой. Напряжение заряда U_в (U_в - заданное напряжение) задается задающим устройством (ЗУ) с помощью галетных переключателей, которые имеют большое количество подвижных контактов и ограниченный ресурс эксплуатации, из-за чего установка имеет невысокую надежность. Кроме того, переключатели неудобны в пользовании, т.к. для введения напряжения U_в требуется сделать большое количество переключении (максимальное - 20 переключении).

Наиболее близкой и взятой за прототип является импульсная намагничивающая установка с емкостным накопителем энергии, описанная в

источнике [2]. В этом устройстве ЕНЭ, представляющий собой батарею конденсаторов емкостью С, заряжается до необходимого уровня напряжения U_з от блока питания. БП состоит из повышающего трансформатора, выпрямителя и регулятора зарядного тока, подключается и отключается от сети с помощью коммутирующего устройства, представляющего собой в простейшем случае автоматический выключатель электромагнитного типа. Процессы включения и отключения БП от сети, а также самого разряда ЕНЭ управляются и контролируются системой управления (СУ), работающей либо в автоматическом, либо в ручном режиме. Разряд ЕНЭ на нагрузку (индуктор) с сопротивлением R и индуктивностью L происходит после подачи отпирающего импульса от СУ на управляемый вентиль.

Недостатком прототипа является то, что в установке используется сложная в плане реализации схема автоматического управления (приведена в источнике [3]). Схема содержит большое количество элементов, что снижает надежность ее работы и приводит к большим габаритам СУ. Кроме того, прототип имеет все приведенные недостатки описанной конструкции установки из источника [1].

Технический результат заявленного решения - повышение точности регулирования импульсного поля, а также надежности работы установки и удобство в управлении.

Технический результат достигается тем, что в известную импульсную намагничивающую установку введено встроенное программируемое устройство, соединенное с блоком управления и содержащее микропроцессор, подключенный к цифроаналоговому преобразователю, знакосинтезирующему индикатору и клавиатуре. При этом ЕНЭ подключен к блоку питания, коммутирующему устройству с группой контакторов и делителем напряжения, и через него же к питающей сети. Одновременно ЕНЭ подключен через блок диодов к блоку коммутации с силовым коммутирующим прибором (игнитроном или тиристором) и через него к индуктору. Блок питания подключается к сети через коммутирующее

устройство по сигналу с блока управления и отключается от сети по достижении необходимого напряжения благодаря наличию обратной связи в этой цепи. На выходе делителя, расположенного в коммутирующем устройстве и подключенного к ЕНЭ, формируется сигнал обратной связи, далее он поступает на блок управления. Управление установкой может быть ручным с помощью кнопок на панели управления или автоматическим с помощью персонального компьютера (ПК), подключаемого к внешнему разъему.

Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является использование в программируемом устройстве (ПргУ) микропроцессора, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), знакосинтезирующего индикатора и клавиатуры для ввода напряжения заряда U _з на ЕНЭ, в совокупности выполняющих функции задающего устройства. Применение перечисленных элементов позволяет облегчить реализацию автоматического управления ИНУ благодаря имеющимся функциональным возможностям микропроцессора, блочному исполнению программируемого устройства, которое также имеет небольшие габариты. С помощью программного обеспечения для микропроцессора и имеющегося вывода на внешнее устройство - ПК, импульсная намагничивающая установка способна работать в автоматическом режиме по сигналам с ПК. При этом предусмотрено регулирование напряжения заряда U_з в ЕНЭ с шагом 1 В, благодаря чему значительно повышается точность при регулировании импульсного магнитного поля H_i в рабочей зоне индуктора. Для включения цепей заряда, разряда и сброса с помощью ПК в установку дополнительно введен блок реле, содержащий три реле электромагнитного или других типов, контакты которых подключены к кнопкам «Заряд», «Разряд» и «Сброс». Кнопки объединены в пульт управления (ПУ) и располагаются на панели управления ИНУ. Выводы обмоток реле соединены с внешним разъемом установки, к которому подключается ПК. Для согласования сигналов с ПК в него встраивается блок управляющих сигналов

(БУС), через который происходит подключение к блоку реле. В отсутствие ПК или при его отключении установка работает в ручном режиме.

Использование встроенной в ИНУ клавиатуры для задания напряжения заряда с выводом набираемых значений на знакосинтезирующий индикатор повышает надежность работы за счет меньшего количества подвижных элементов и контактных групп, чем у галетных переключателей, а также более длительного ресурса их эксплуатации. Кроме того, клавиатура удобнее в пользовании по сравнению с галетными переключателями, т.к. для задания напряжения U_в достаточно 1-5 нажатий кнопок. Благодаря схемному решению стало возможным введение напряжения заряда в программируемое устройство и изменение электрического заряда в ЕНЭ с шагом 1 В. Пропорционально этому значению изменяется также импульсное магнитное поле H _i в индукторе при разряде ЕНЭ.

Установка может иметь несколько типоисполнений по мощности, которая выбирается в зависимости от назначения установки. Расчет энергии, запасенной в импульсной намагничивающей установке осуществляется по формуле Q=CU ²/2, где видно, что значительного роста Q можно добиться увеличением напряжения заряда U_з в ЕНЭ. При этом конденсаторы в батарее ЕНЭ должны иметь соответствующее рабочее напряжение. Установку можно использовать как для намагничивания, так и для размагничивания любых, в т.ч. высококоэрцитивных постоянных магнитов (ПМ), например, из сплавов редкоземельных металлов (РЗМ) типа самарий-кобальт и типа неодим-железо-бор. Для намагничивания постоянных магнитов из сплавов РЗМ напряжение заряда в ЕНЭ U _з должно быть порядка 2-3 кВ, оно зависит от коэрцитивной силы, геометрических размеров и массы ПМ, а также конструкции индуктора. Дальнейшего повышения запасенной энергии Q в установке можно добиться увеличением количества конденсаторов в батарее, например, присоединением к ИНУ дополнительных конденсаторных батарей, расположенных в одном или нескольких шкафах.

На фиг.1 приведена схема заявляемой установки, где приняты следующие обозначения:

1 - блок управления (БУ);

2 - коммутирующее устройство (КУ);

3 - блок питания (БП);

4 - емкостной накопитель энергии (ЕНЭ);

5 - блок диодов (БД);

6 - блок коммутации (БК);

7 - индуктор;

8 - программируемое устройство (ПргУ);

9 - пульт управления (ПУ);

10 - блок реле (БР);

На фиг.2 приведена структура программируемого устройства (8), где приняты следующие обозначения:

11 - микропроцессор;

12 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

13 - знакосинтезирующий индикатор;

14 - клавиатура;

15 - персональный компьютер (ПК);

16 - блок управляющих сигналов (БУС).

В ручном режиме предлагаемая установка работает следующим образом. После включения установки в сеть, сигнал с блока управления 1 поступает на коммутирующее устройство 2, которое приводит зарядную цепь в рабочее состояние. В микропроцессор 11 с помощью клавиатуры 14 оператор вводит требуемый уровень напряжения заряда U_в на емкостной накопитель энергии 4. От микропроцессора поступает сигнал на знакосинтезирующий индикатор 13, где отображается заданное значение напряжения заряда U_в. Далее, нажатием кнопки «Заряд» на пульте управления 9 включается коммутирующее устройство, которое подключает к сети блок питания 3, и с помощью которого ЕНЭ набирает электрический

заряд. При этом в БУ поступают сигналы, первый - с выхода делителя, расположенного в КУ, пропорциональный возрастающему на ЕНЭ напряжению, второй - от микропроцессора через цифроаналоговый преобразователь 12. При равенстве значения сигнала с делителя со значением напряжения сигнала с микропроцессора, БУ с помощью коммутирующего устройства отключает блок питания от ЕНЭ и набор заряда прекращается.

При нажатии на кнопку «Разряд» сигнал с блока управления поступает на блок коммутации 6, при этом включается цепь управления игнитроном (тиристором), далее игнитрон (тиристор) замыкает силовую цепь, разряжая ЕНЭ через блок диодов 5 на индуктор 7.

При необходимости снятия набранного заряда с ЕНЭ без разряда на индуктор необходимо нажать на кнопку «Сброс», в этом случае к ЕНЭ с помощью коммутирующего устройства подключаются балластные резисторы, и накопленный в ЕНЭ электрический заряд сбрасывается через них. В случае внезапного исчезновения напряжения в питающей сети или отключении от сети ИНУ коммутирующее устройство автоматически размыкает цепь заряда и подключает балластные резисторы к ЕНЭ, таким образом, исключается сохранение электрического заряда в обесточенной установке и обеспечивается дополнительная безопасность при работе на ней.

В предлагаемой ИНУ микропроцессор 11, к которому подключен цифро-аналоговый преобразователь 12, знакосинтезирующий индикатор 13 и клавиатура 14 функционально объединены в программируемое устройство 8, соединенное с блоком управления 1. Основная функция программируемого устройства в ручном режиме - задание требуемого уровня напряжения заряда U_в, т.е. выполнение функции задающего устройства, приведенного в описании прототипа. При этом для обеспечения возможности автоматической работы ИНУ используется микропроцессор в ПргУ и введенный в установку блок реле 10. Контакты реле в БР подключаются к НУ, а обмотки реле - к внешнему разъему установки. При необходимости работы установки в автоматическом режиме к этому разъему подключается

персональный компьютер 15 через блок управляющих сигналов 16. Через этот же разъем ПК подключается к микропроцессору в ПргУ, а через него к ЦАП и к БУ.

Работа ИНУ в автоматическом режиме происходит следующим образом. При подключении к установке персонального компьютера 15, включении установки в сеть и загрузке ПК программой работы, оператор запускает программу. При этом сигнал уровня напряжения заряда поступает на микропроцессор 11 от ПК. Управление работой установки осуществляется с помощью блока реле 10, контакты которого подключены к кнопкам «Заряд», «Разряд» и «Сброс» пульта управления 9. Реле подключают цепи заряда, разряда и сброса в зависимости от команд с ПК, поступающих через блок управляющих сигналов 16, таким образом, обеспечивается автоматический режим соответствующих операций установки в соответствии с программой. БУС встраивается в ПК и является его составной частью, но может располагаться и вне компьютера.

Содержащийся в ПНУ блок диодов 5 представляет собой диодную цепь из одного или нескольких диодов, включаемых либо параллельно конденсаторам в ЕНЭ, либо параллельно игнитрону (тиристору) в БК, в зависимости от назначения установки. В случае параллельного подключения с конденсаторами блока диодов обеспечивается прохождение через индуктор только первой полуволны импульсного тока. При этом в рабочей зоне индуктора возникает однополярный импульс магнитного поля H _i, с помощью которого намагничиваются ПМ или магнитная система. В случае параллельного подключении БД с игнитроном (тиристором) в индукторе возникает двухполярный импульс, при этом происходит последовательно намагничивание, затем размагничивание и перемагничивание ПМ.

Наиболее эффективной областью применения импульсной намагничивающей установки является намагничивание однополярным магнитным импульсом ПМ из разнообразных материалов, включая высокоэнергетические постоянные магниты из сплавов РЗМ. С помощью

установки также возможно частичное размагничивание различных ПМ до заданного уровня намагниченности. Для этого регулируемое импульсное магнитное поле прикладывается встречно направлению магнитного поля ПМ до снижения значения намагниченности ПМ в требуемых пределах.

Другая область применения установки - последовательное намагничивание, размагничивание и перемагничивание постоянных магнитов двухполярным магнитным импульсом с целью определения их магнитных характеристик, например, при работе в составе измерительного устройства - импульсного коэрцитиметра или гистериографа.

Источники известности:

[1] Установка импульсная намагничивающая УИН-2000. Руководство по эксплуатации. БКЖИ.673813.001 РЭ.

[2] Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов. - М.: Энергоатмиздат, 1986. - 88 С.: ил.

[3] Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование намагничивающих устройств на основе применения микроЭВМ и микропроцессоров. № гос. регистрации 78027061. Чувашский государственный университет им И.Н.Ульянова, 1979.

1. Импульсная намагничивающая установка, содержащая емкостной накопитель энергии, подключенный к блоку питания, коммутирующему устройству и через него же - к питающей сети, и одновременно к индуктору через блок диодов и блок коммутации, а также блок управления, подключенный к управляющим входам коммутирующего устройства, блоку коммутации и пульту управления, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введено программируемое устройство, соединенное с блоком управления и содержащее микропроцессор, подключенный к цифроаналоговому преобразователю, знакосинтезирующему индикатору и клавиатуре, с выходом для подключения персонального компьютера.

2. Импульсная намагничивающая установка по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен блок реле, подключенный к пульту управления, а через нее - к блоку управления, с выходом для подключения персонального компьютера через блок управляющих сигналов.