Установка для обработки токопроводящих материалов импульсами электрического тока с регистрацией параметров процесса изменения их физико-механических свойств

Область применения установки - изменение физико-механических свойств металлов и сплавов при воздействии на них импульсами электрического тока большой мощности. Установка содержит блок управления параметрами импульсов, соединенный с одной стороны с блоком управления трансформатором тока, с другой - с компьютером, вырабатывающим синхронно, с изменениями фазы сетевого напряжения электрические импульсы. Количество импульсов в пакете может устанавливаться исследователем и формироваться управляющим компьютером, при этом длительность каждого импульса в пакете может быть разной ширины и также устанавливается исследователем. Установка работает следующим образом. Переменный ток сети ˜U подводится к первичной обмотке трансформатора тока 2 через блок управления трансформатором тока 3, закрытый в исходном состоянии. Положительная волна сетевого напряжения используется для формирования импульса тока I _имп, а информация о фазе ₀ электрического тока (фиг.2) во входной цепи 14 (фиг.1) поступает по проводам 15 в блок задания импульсов 4. Из блока задания импульсов информация о фазе ₀ (фиг.2) электрического тока поступает в управляющий компьютер 9, где и обрабатывается программным способом. Задающие импульсы включения U_{имп.запуск} и выключения U_{имп.вык.} для блока управления трансформатором тока 3 (фиг.1) формируются в соответствии с последовательностью, установленной в памяти компьютера 9 следующим образом: с момента начала фазы ₀ (фиг.2) сетевого тока ˜U (фиг.1), отмеряется время задержки импульсов _вк и _вык (фиг.2) пропорциональное установленной длительности импульса, запрограммированной в ЭВМ 9 (фиг.1) для каждого импульса в пакете индивидуально, которые поступают в блок задания импульсов 4 по шине 17, затем по проводнику 11 и далее в блок управления трансформатором тока 3. Блок управления трансформатором тока 3 открывается, и электрический ток U _имп (фиг.2) поступает на первичную обмотку 16 (фиг.1) трансформатора тока 2. Напряжение U_имп (фиг.2) снижается трансформатором тока 2 (фиг.1) до нужной величины, передается по проводникам 5 к исследуемому материалу 12, закрепленному в прессе 6. Затем цикл повторяется для каждого импульса в пакете. Причем длительность каждого импульса в пакете может варьироваться, в соответствии с требуемым характером изменения энергетического воздействия на исследуемый материал. Информация о значении и длительности импульсов тока, действующих на материал 12 (фиг.1), поступает по проводам 7 к блоку регистрации сигналов 8, а затем по шине 18 - в компьютер 9. Измеренные мгновенные значения тока и напряжения регистрируются и сохраняются в оцифрованном виде в памяти компьютера и могут быть многократно воспроизведены для анализа.

Полезная модель относится к области проведения исследования физико-механических свойств металлов и сплавов при воздействии электрического тока.

Установка может использоваться при проведении научных экспериментов с металлами и их сплавами, направленных преимущественно на изменение структуры материалов в зависимости от формы воздействующих на них импульсов электрического тока большой мощности.

Известно, что в электроконтактных установках электропроводные материалы под воздействием электрического тока разогреваются. Так, в установке по патенту 5002951/02 воздействие электрическим током используется для термообработки и для нагрева малогабаритных деталей перед их последующим деформированием или для локального нагрева длинномерных деталей перед их локальным деформированием. Недостатком этой установки является отсутствие возможности внедрения несмешиваемого материала в поверхностный слой обрабатываемого материала. В установке по патенту 94020913/02 воздействие осуществляется электрическими пакетами импульсов, которые формируются в первичной цепи трансформатора тока посредством генератора и блока регулирования тока. Недостатком таких установок является фиксированная длительность импульсов и их число в пакете, параметры действующего тока только наблюдаются, но не фиксируются.

Указанный недостаток устраняется в известном техническом решении, описанном в [1], который как наиболее близкий по технической сути и достигаемому результату, выбран авторами за прототип. Последний состоит из силового трансформатора, трансформатора тока, запоминающего осциллографа, генератора - задатчика силовых импульсов, регулятора тока, двухканального графопостроителя. В установке сильноточные импульсы электрического тока в пакете регулируются по длительности. Сходными для прототипа и заявляемого решения признаками являются силовой трансформатор, генератор пакетов импульсов и регулятор тока.

Недостатком данного устройства является фиксированное значение длительности каждого импульса в сформированном пакете, а соответственно и энергии в каждом импульсе, что исключает эффективное управление процессом

формирования свойств материалов, в частности не смешивающихся обычным способом.

Целью настоящей полезной модели является создание установки, формирующей пакет импульсов силового тока, при этом длительность каждого импульса в пакете регулируется автономно, в соответствии с программой исследования режимов обработки материалов импульсным электрическим током.

Поставленная цель достигается тем, что установка содержит блок управления параметрами импульсов, соединенный с одной стороны с блоком управления трансформатором тока, с другой - с компьютером, вырабатывающим импульсы синхронно с изменениями фазы сетевого напряжения. Количество импульсов в пакете и их длительность устанавливаются исследователем до проведения испытания в программе компьютера, а в процессе проведения эксперимента передаются в блок управления параметрами импульсов.

Указанная совокупность компонентов и связей между ними отсутствуют в приведенных аналогах и прототипе. Следовательно, заявляемая полезная модель отвечает критерию «новизна».

Такое техническое решение своей совокупностью существенных признаков позволяет формировать произвольную совокупность импульсов и создавать тем самым оригинальный режим электроимпульсного воздействия на обрабатываемый материал.

Приведенная совокупность существенных признаков авторами в научно-технической и патентной информации не обнаружена.

Однако отдельные существенные признаки отличительной части формулы заявляемого изобретения известны в другой совокупности существенных признаков. Например, блок регистрации электрических сигналов в сочетании с компьютером применяется по патенту 2003125867/02, где этот признак выполняет функцию обратной связи при управлении технологическим процессом цифровым способом. Блок управления силовым трансформатором, управляемый компьютером по патенту 2001103047/09, применяется для синхронизации вырабатываемых импульсов с целью калибровки фазового сдвига трансивера.

В нашем случае известные признаки в своей совокупности применяются для формирования изменяемого энергетического воздействия, что обеспечивается широким диапазоном регулировки длительности и амплитудой каждого импульса пакета в отдельности. Таким образом, заявляемая полезная модель отвечает критерию «изобретательский уровень».

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где на (фиг.1) изображены элементы для воздействия на физико-механические свойства материалов под влиянием импульсного электрического тока.

Установка 1 состоит из силового трансформатора 2, силового блока управления 3, соединенного с соединительными проводами 11 с блоком задания формы, амплитуды и длительности импульса 4, электрических контактов 5, в разрыв одного из которых включен измерительный шунт 10, проводников

18, соединяющих электрический шунт и один из проводов 5 с блоком регистрации 8 параметров протекающего в зоне обработки материала 12 электрического тока и напряжения и управляющего компьютера 9.

Установка работает следующим образом.

К установке 1 подводится переменный ток ˜U (фиг.1). Он проходит к первичной обмотке 16 трансформатора тока 2 через блок управления трансформатором тока 3, который в исходном состоянии закрыт. Для формирования импульса тока I _имп используется положительная волна сетевого напряжения (фиг.2). Информация о фазе ₀ входящего электрического тока (фиг.2) во входной цепи 14 (фиг.1) поступает по проводам 15 в блок задания импульсов 4. Из блока задания импульсов информация о фазе ₀ (фиг.2) электрического тока поступает по шине 17 (фиг.1) в управляющий компьютер 9. В компьютере 9 реализована функция определения начала фазы ₀ (фиг.2) положительной полуволны сетевого напряжения и выработки квантированных синхроимпульсов. Задающие импульсы включения U_{имп.запуск} и выключения U_{имп.вык.} для блока управления трансформатором тока 3 (фиг.1) формируются в соответствии с последовательностью, установленной в памяти компьютера 9 следующим образом: с момента начала фазы ₀ (фиг.2) сетевого тока ˜U (фиг.1) отмеряется время задержки импульсов _вк и _вык (фиг.2), пропорциональное установленной длительности импульса, запрограммированной в ЭВМ 9 (фиг.1) для каждого импульса в пакете индивидуально, которые поступают в блок задания импульсов 4 по шине 17, затем по проводнику 11 и далее в блок управления трансформатором тока 3. Блок управления трансформатором тока 3 открывается, и электрический ток U _имп (фиг.2) поступает на первичную обмотку 16 (фиг.1) трансформатора тока 2. Напряжение U_имп (фиг.2) снижается трансформатором тока 2 (фиг.1) до нужной величины, передается по проводникам 5 к исследуемому материалу 12, закрепленному в прессе 6. Затем цикл повторяется для каждого импульса в пакете. Причем длительность каждого импульса в пакете может варьировать, в соответствии с требуемым характером изменения энергетического воздействия на исследуемый материал.

Информация о значении и длительности импульсов тока, действующих на материал 12 (фиг.1), поступает по проводам 7 к блоку регистрации сигналов 8, а затем по шине 18 - в компьютер 9. Измеренные мгновенные значения тока и напряжения регистрируются и сохраняются в оцифрованном виде в памяти компьютера и могут быть многократно воспроизведены для анализа.

1. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы / Ю.В.Баранов, О.А.Троицкий, Ю.С.Аврамов, А.Д.Шляпин - М.: МГИУ, 2001. - 844 с. (С.289-295).

Установка для изменения физико-механических свойств материалов под воздействием импульсного электрического тока, состоящая из трансформатора тока, генератора формирования пакета импульсов, блока управления трансформатором тока, и регистрирующего устройства, отличающаяся тем, что, с целью проведения исследования способа модуляции действующих импульсов электрического тока, регистрация тока и формирование воздействующих импульсов осуществляются программно, посредством управляющего компьютера, а для синхронизации электрических процессов установлена связь между сетевым напряжением на входе блока управления трансформатором тока и управляющим компьютером.