RU2239060C1 - Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method - Google Patents
Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239060C1 RU2239060C1 RU2003110339A RU2003110339A RU2239060C1 RU 2239060 C1 RU2239060 C1 RU 2239060C1 RU 2003110339 A RU2003110339 A RU 2003110339A RU 2003110339 A RU2003110339 A RU 2003110339A RU 2239060 C1 RU2239060 C1 RU 2239060C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitors
- power source
- capacitor
- electrode
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к способам и устройствам управления системами электропитания оборудования, использующего электрогидравлический (ЭГ) эффект для дробления и измельчения полезных ископаемых и отходов, очистки литья и обеззараживания воды, точнее к способам и устройствам управления зарядно-разрядным циклом в установках, использующих ЭГ-эффект. Известен способ управления системой электропитания ЭГ-установки, содержащей источник питания, конденсатор, погруженный в воду рабочий электрод и неуправляемый двухэлектродный разрядник, включенный между конденсатором и рабочим электродом, заключающийся в том, что конденсатор заряжают от постоянно подключенного к нему источника до возникновения пробоя в заранее настроенном на заданное напряжение разряднике. После завершения разряда конденсатора через разрядник и рабочий электрод на водяной промежуток между неизолированным концом электрода и соединенным с источником корпусом установки, угасания искры между электродами разрядника и восстановления его непроводящего состояния цикл повторяется [1, стр. 88, рис. 3.1а]. Данный способ применяют в установках с одним разрядным контуром, имея в виду контур, по которому протекает разрядный ток, состоящий из соединенных в последовательную замкнутую цепь конденсатора, разрядника, рабочего электрода, водяного промежутка и корпуса установки, соединенного со вторым выводом конденсатора. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает высокой производительности ЭГ-установок. Это обусловлено тремя причинами.The proposal relates to methods and devices for controlling power supply systems of equipment using an electro-hydraulic (EG) effect for crushing and grinding minerals and waste, cleaning casting and disinfecting water, and more specifically to methods and devices for controlling the charge-discharge cycle in plants using the EG effect. A known method of controlling the power supply system of an EG installation containing a power source, a capacitor, a working electrode immersed in water and an uncontrolled two-electrode spark gap connected between the capacitor and the working electrode, which means that the capacitor is charged from a source constantly connected to it before a breakdown occurs in advance tuned to a given voltage arrester. After the discharge of the capacitor through the spark gap and the working electrode to the water gap between the uninsulated end of the electrode and the unit body connected to the source, the spark fades between the spark gap electrodes and the restoration of its non-conducting state, the cycle repeats [1, p. 88, Fig. 3.1a]. This method is used in installations with one discharge circuit, having in mind the circuit along which the discharge current flows, consisting of a capacitor, a spark gap, a working electrode, a water gap, and a unit casing connected to the second output of the capacitor connected to a series circuit. The disadvantage of this method is that it does not provide high performance EG-installations. There are three reasons for this.
Производительность установки, реализующей указанный способ, определяется частотой повторения разрядных циклов и энергией единичного разряда. Но большая частота означает и большую потребляемую от источника мощность. Уже при сравнительно небольшой мощности в 30 кВт осуществить работу установки по описанному циклу не удается. Напряжение на конденсаторе, заряжаемом мощным источником, возрастает настолько быстро, что непроводящее состояние разрядника не успевает восстановиться, искровой разряд переходит в дуговой, и дуга в разряднике не гаснет, поддерживаемая постоянно протекающим от источника током через водяной промежуток. Сопротивление водяного промежутка сравнительно невелико, так как техническая вода обладает заметной проводимостью. Вся мощность источника устремляется через проводящий разрядник, и работа установки прекращается. Вторая причина состоит в ограничении частоты разрядов нагревом конденсатора из-за потерь в диэлектрике. Максимально допустимая частота разрядов конденсаторов для электрогидравлики обычно не превышает 2 Гц. Третья причина состоит в том, что увеличение энергии единичного разряда свыше нескольких килоджоулей резко сокращает срок службы изоляции погруженного в воду конца рабочего электрода.The performance of the installation that implements this method is determined by the frequency of repetition of the discharge cycles and the energy of a single discharge. But a high frequency also means a large power consumption from the source. Even with a relatively small power of 30 kW, the installation cannot be operated according to the described cycle. The voltage on the capacitor charged by a powerful source increases so quickly that the non-conductive state of the arrester does not have time to recover, the spark discharge goes into an arc discharge, and the arc in the arrester does not go out, supported by a constant current flowing from the source through the water gap. The resistance of the water gap is relatively small, since industrial water has a marked conductivity. All the power of the source rushes through a conductive spark gap, and the installation stops. The second reason is to limit the frequency of discharges by heating the capacitor due to losses in the dielectric. The maximum permissible discharge frequency of capacitors for electrohydraulics usually does not exceed 2 Hz. The third reason is that increasing the energy of a single discharge over several kilojoules dramatically reduces the life of the insulation of the immersed end of the working electrode.
Известен способ управления системой электропитания ЭГ установки, содержащей корпус с водой, n конденсаторов, n источников питания, n управляемых разрядников, и один погруженный в воду рабочий электрод, заключающийся в том, что каждый конденсатор заряжают от независимого источника до требуемого рабочего напряжения, после чего поочередно подают запускающее воздействие на разрядники, по завершении разрядки всех конденсаторов через разрядники и общий рабочий электрод на водяной промежуток и восстановления непроводящего состояния разрядников цикл повторяют [1, стр. 88, рис. 3.1б]. Способ позволяет увеличить частоту разрядов на электрод в n раз, не превышая допустимую рабочую частоту конденсаторов, но промежуток времени между двумя заменами изношенного электрода сократится во столько же раз и станет сравнимым со временем замены. То есть установка значительную часть времени будет находиться в простое. Поэтому известный способ не обеспечивает существенного повышения производительности ЭГ установок. Другой недостаток известного способа состоит в том, что для его реализации требуются значительные затраты, так как суммарная стоимость нескольких высоковольтных источников малой мощности существенно (в разы) выше стоимости эквивалентного им по мощности одного источника. Третий недостаток состоит в низком коэффициенте использования номинальной мощности трансформатора. В начале зарядки каждого из конденсаторов ток, потребляемый от подключенного к нему источника, максимален и соответствует максимальной мощности источника, но, по мере зарядки, он падает почти до нуля. Поэтому средняя мощность, потребляемая от источника, не превышает 30% от номинальной, на которую должны быть рассчитаны и сам источник, и связанные с ним первичные цепи. Поскольку производительность установки пропорциональна потребляемой ею мощности, известная установка, использующая описанный способ, имеет производительность на уровне 30% от той, какую могла бы иметь, если бы номинальная мощность источников использовалась бы полностью.A known method of controlling the power supply system of an EG installation, comprising a housing with water, n capacitors, n power supplies, n controlled arresters, and one working electrode immersed in water, consisting in the fact that each capacitor is charged from an independent source to the required operating voltage, after which alternately, a triggering action is applied to the arresters, upon completion of the discharge of all capacitors through the arresters and the common working electrode to the water gap and restoration of the non-conductive state of the discharge the cycle is repeated [1, p. 88, fig. 3.1b]. The method allows to increase the frequency of discharges to the electrode n times, not exceeding the permissible operating frequency of the capacitors, but the time interval between two replacements of a worn electrode will be reduced by the same amount and become comparable with the replacement time. That is, the installation will be in idle time most of the time. Therefore, the known method does not provide a significant increase in the performance of EG installations. Another disadvantage of the known method is that its implementation requires significant costs, since the total cost of several high-voltage sources of low power is significantly (several times) higher than the cost of the equivalent power of one source. The third disadvantage is the low utilization of the rated power of the transformer. At the beginning of charging each of the capacitors, the current consumed from the source connected to it is maximum and corresponds to the maximum power of the source, but, as it charges, it drops to almost zero. Therefore, the average power consumed from the source does not exceed 30% of the nominal, for which the source itself and the primary circuits connected with it must be designed. Since the capacity of the installation is proportional to the power consumed by it, the known installation using the described method has a capacity of 30% of what it would have if the rated power of the sources were used to the full.
Известен способ управления системой электропитания ЭГ-установки с генератором импульсных напряжений, содержащем высоковольтный источник питания, несколько конденсаторов, разрядники, из которых, по меньшей мере, один выполнен управляемым, и несколько подключенных к генератору, соединенных параллельно, погруженных в воду рабочих электродов, заключающийся в том, что конденсаторы генератора одновременно заряжают от общего источника, по завершении зарядки до требуемого рабочего напряжения подают запускающее воздействие на управляемый разрядник и, по завершении разряда всех конденсаторов генератора через разрядники и один из электродов на один из водяных промежутков и восстановления их непроводящего состояния, цикл повторяют [2]. Недостаток известного способа состоит в низкой производительности реализующей его ЭГ-установки. Конденсаторы генератора высоковольтных импульсов полностью разряжают при каждом рабочем импульсе. Поэтому наибольшая допустимая рабочая частота разрядов конденсаторов ограничивает производительность установки, и она не может быть больше, чем у первого из описанных выше аналогов. По существу описанный аналог является способом управления системой электропитания не многоэлектродной установки, а, скорее, установки с одним разрядным контуром и одним расщепленным рабочим электродом.A known method of controlling the power system of an EG installation with a pulse voltage generator containing a high-voltage power supply, several capacitors, arresters, of which at least one is made controllable, and several connected to the generator connected in parallel, immersed in water working electrodes, which in that the capacitors of the generator are simultaneously charged from a common source, upon completion of charging to the required operating voltage, a triggering action is applied to the controlled p zryadnik and, upon completion of the discharge of the capacitor through the generator dischargers and one of the electrodes on one of the water and the recovery periods of their non-conducting state, the cycle is repeated. [2] A disadvantage of the known method is the low productivity of the EG installation implementing it. The capacitors of the high-voltage pulse generator are completely discharged with each working pulse. Therefore, the highest permissible operating frequency of capacitor discharges limits the performance of the installation, and it cannot be greater than the first of the analogs described above. Essentially, the described analogue is a method of controlling the power supply system not of a multi-electrode installation, but rather of a installation with one discharge circuit and one split working electrode.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ управления системой электропитания многоэлектродной ЭГ-установки, содержащей один высоковольтный источник питания, n конденсаторов, постоянно присоединенных к источнику через ограничивающие реакторы (“индуктивности”), n погруженных в воду рабочих электродов со взрывающимися тепловыми элементами и n разрядников, играющих роль ключей, первый из которых неуправляемый, включенных между конденсаторами и рабочими электродами, заключающийся в том, что процессы зарядки и разряда конденсаторов разделяют во времени, то есть сначала одновременно все конденсаторы заряжают от общего источника, а затем поочередно разряжают, причем для запуска процесса разряда используют самопроизвольный пробой неуправляемого первого разрядника, после пробоя первого разрядника импульс напряжения, появляющийся на соединенном с ним рабочем электроде, уменьшают до требуемой величины, задерживают на небольшой, по сравнению с продолжительностью времени зарядки, промежуток времени и подают на управляющий электрод второго разрядника, и так далее, импульс напряжения, появляющийся на рабочем электроде, соединенном с i-м разрядником, уменьшают до требуемой величины, задерживают на такой же или иной, но тоже небольшой промежуток времени и подают на управляющий электрод i+1-го разрядника, после разряда всех конденсаторов цикл повторяют [1, стр. 127, рис. 4.12]. Способ осуществим только при условии, что время задержки существенно (в сотни раз) меньше времени зарядки. В противном случае после открытия первого ключа еще заряженные конденсаторы начинают отдавать через ограничивающие реакторы свой заряд уже разряженным.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of controlling the power system of a multi-electrode EG installation containing one high-voltage power source, n capacitors permanently connected to the source through limiting reactors (“inductances”), n working electrodes with exploding in water thermal elements and n arresters playing the role of keys, the first of which is uncontrollable, connected between capacitors and working electrodes, which consists I mean that the processes of charging and discharging capacitors are separated in time, that is, at first all capacitors are simultaneously charged from a common source, and then discharged in turn, and to start the discharge process, a spontaneous breakdown of an uncontrolled first spark gap is used, after a breakdown of the first spark gap, a voltage pulse appears on the working electrode connected to it, it is reduced to the required value, it is delayed for a short period of time compared to the duration of the charging time and served on the control the feeding electrode of the second spark gap, and so on, the voltage pulse appearing on the working electrode connected to the i-th spark gap is reduced to the required value, it is delayed by the same or another, but also a small amount of time, and fed to the control electrode i + 1- th arrester, after the discharge of all capacitors, the cycle is repeated [1, p. 127, Fig. 4.12]. The method is feasible only provided that the delay time is significantly (hundreds of times) less than the charging time. Otherwise, after opening the first key, still charged capacitors begin to give their charge already discharged through the limiting reactors.
Известный способ применительно к ЭГ-установкам, осуществляющим непрерывный процесс в течение продолжительного времени, имеет два недостатка: низкую производительность и высокие эксплуатационные расходы, обусловленные малым сроком службы конденсаторов.The known method in relation to EG-installations that carry out a continuous process for a long time, has two drawbacks: low productivity and high operating costs due to the short life of the capacitors.
Известный способ не обеспечивает высокой производительности по четырем причинам. Первая из них обусловлена тем, что при малом времени задержки между пробоем разрядников ударные волны от каждого разряда в воде воздействуют на корпус устройства практически как единый слитный удар, разрушительно действующий на корпус установки. Известный способ применим только для ЭГ-штамповки, где деформируемая мощным ударом часть корпуса является штампуемой деталью, а производительность определяется временем смены детали, а не длительностью зарядно-разрядных циклов. Увеличение времени задержки потребует пропорционального увеличения индуктивности реакторов и, следовательно, времени зарядки.The known method does not provide high performance for four reasons. The first of them is due to the fact that, with a short delay time between the breakdown of the arresters, shock waves from each discharge in water act on the device’s case almost as a single continuous blow, which destructively acts on the installation’s body. The known method is applicable only for EG stamping, where a part of the body deformable by a powerful impact is a stampable part, and the productivity is determined by the time of the change of the part, and not by the duration of the charge-discharge cycles. Increasing the delay time will require a proportional increase in the inductance of the reactors and, consequently, the charging time.
Вторая причина состоит в том, что известный способ не обеспечивает высокого коэффициента использования номинальной мощности источника питания. При малом времени задержки между пробоем разрядников конденсаторы разряжаются почти одновременно, и зарядка их начинается также одновременно. Потребляемый в начале зарядки ток близок или превосходит номинальную мощность источника питания, но по мере зарядки быстро спадает почти до нуля. Поэтому известная установка, использующая описанный способ, имеет производительность на уровне 30% от той, какую она могла бы иметь, если бы номинальная мощность источника использовалась полностью.The second reason is that the known method does not provide a high coefficient of utilization of the rated power of the power source. With a short delay time between the breakdown of the arresters, the capacitors are discharged almost simultaneously, and their charging also begins simultaneously. The current consumed at the beginning of charging is close to or exceeds the rated power of the power source, but decreases rapidly to almost zero as it charges. Therefore, a known installation using the described method has a capacity of 30% of what it could have if the rated power of the source were fully used.
Еще одна причина состоит в нестабильной работе установки, реализующей известный способ. Пробивное напряжение неуправляемого разрядника является статистическим параметром. Пробой первого разрядника возможен при напряжении существенно меньшем и при напряжении существенно большем, чем среднестатистическое напряжение пробоя. Если пробой происходит до того, как напряжение на конденсаторах достигнет рабочего, снижается энергия разрядов, а следовательно, производительность установки. Возможны также самопроизвольные, без внешнего запуска, пробои управляемых разрядников. Когда время от времени один из управляемых разрядников пробивается самопроизвольно, не в очередь, его пробой вызывает срабатывание следующих за ним разрядников и разряд соединенных с ними конденсаторов. Источник, нагруженный на разрядившиеся конденсаторы, перестает заряжать все конденсаторы, предшествующие разряженному, первый разрядник не может пробиться из-за недостатка напряжения и тогда эти конденсаторы останутся частично заряженными, то есть исключенными из работы, до тех пор, пока не зарядятся все конденсаторы установки, что также снижает производительность установки. Вероятность самопроизвольного пробоя растет с увеличением времени задержки.Another reason is the unstable operation of the installation that implements the known method. The breakdown voltage of an uncontrolled arrester is a statistical parameter. Breakdown of the first spark gap is possible at a voltage significantly lower and at a voltage significantly higher than the average breakdown voltage. If a breakdown occurs before the voltage across the capacitors reaches the working one, the discharge energy decreases and, consequently, the productivity of the installation. Spontaneous, without external triggering, breakdowns of controlled arresters are also possible. When from time to time one of the controlled arrester breaks spontaneously, not in turn, its breakdown causes the triggering of the next arrester and the discharge of the capacitors connected to them. A source loaded on discharged capacitors ceases to charge all capacitors preceding the discharged one, the first discharger cannot break through due to a lack of voltage, and then these capacitors remain partially charged, that is, excluded from operation until all capacitors of the installation are charged, which also reduces installation performance. The probability of spontaneous breakdown increases with increasing delay time.
Четвертая причина состоит в том, что при управлении по известному способу требуются частые отключения установки для восстановления непроводящего состояния разрядников. После завершения разряда конденсатора искра в разряднике часто переходит в дугу, поддерживаемую постоянно подключенным источником питания, так как для постоянного тока сопротивление ограничивающих реакторов очень невелико. Для прекращения дуги требуется отключить установку, что снижает ее производительность. При достаточно мощном источнике разрядник и рабочий электрод могут быть повреждены даже за время, близкое к времени отключения.The fourth reason is that when controlling according to the known method, frequent shutdowns of the installation are required to restore the non-conductive state of the arresters. After the discharge of the capacitor, the spark in the spark gap often goes into an arc supported by a constantly connected power source, since for direct current the resistance of the limiting reactors is very small. To stop the arc, you must turn off the installation, which reduces its performance. With a sufficiently powerful source, the arrester and the working electrode can be damaged even for a time close to the shutdown time.
Вторым недостатком известного способа является увеличение эксплуатационных расходов из-за сокращения срока службы конденсаторов, суммарная стоимость которых в многоэлектродных установках сравнима со стоимостью остального энергетического оборудования. Он обусловлен тем, что первый разрядник в силу статистического характера пробоя может пробиться при напряжении, значительно превышающем максимально допустимое рабочее напряжение конденсаторов. Ресурс конденсаторов, работающих в характерном для ЭГ-установок режиме полного разряда, экспоненциально уменьшается с увеличением напряжения.The second disadvantage of this method is the increase in operating costs due to the reduction of the service life of capacitors, the total cost of which in multi-electrode installations is comparable to the cost of the rest of the power equipment. It is due to the fact that the first spark gap due to the statistical nature of the breakdown can break through at a voltage that significantly exceeds the maximum permissible operating voltage of the capacitors. The resource of capacitors operating in the full-discharge mode characteristic of EG installations exponentially decreases with increasing voltage.
Известна многоэлектродная ЭГ-установка, использующая последний из описанных выше способов, содержащая один высоковольтный источник питания, состоящий из повышающего высоковольтного трансформатора и выпрямителя, n конденсаторов, постоянно присоединенных к положительному полюсу источника через ограничивающие реакторы, n погруженных в воду рабочих электродов со взрывающимися тепловыми элементами, n разрядников, играющих роль ключей, из которых первый неуправляемый, а остальные управляемые, включенных между конденсаторами и рабочими электродами, n-1 устройств запуска, каждое из которых содержит емкостный делитель напряжения, включенный между электродом и землей, и блок задержки, вход которого подключен к низковольтному плечу i-го делителя, а выход - к управляющему электроду i+1-го разрядника, где i=1, 2,...,n-1, причем отрицательный полюс источника и низковольтные выводы конденсаторов заземлены [1, стр. 127, рис. 4.12]. Индуктивность реакторов установлена такой, чтобы на временах порядка времени задержки они представляли большое сопротивление перетеканию тока от заряженных конденсаторов к уже разряженным, а на временах порядка времени зарядки - малое сопротивление для зарядного тока от источника.Known multi-electrode EG installation using the last of the methods described above, containing one high-voltage power source, consisting of a step-up high-voltage transformer and a rectifier, n capacitors, permanently connected to the positive pole of the source through limiting reactors, n immersed in water working electrodes with exploding thermal elements , n arresters, playing the role of keys, of which the first is uncontrollable, and the rest are controllable, connected between capacitors and electrodes, n-1 triggering devices, each of which contains a capacitive voltage divider connected between the electrode and the ground, and a delay unit, the input of which is connected to the low-voltage arm of the i-th divider, and the output to the control electrode of the i + 1-th arrester, where i = 1, 2, ..., n-1, and the negative pole of the source and the low-voltage leads of the capacitors are grounded [1, p. 127, Fig. 4.12]. The inductance of the reactors is set so that, at times of the order of the delay time, they present a large resistance to the flow of current from charged capacitors to already discharged ones, and at times of the order of the charging time, they represent a low resistance for the charging current from the source.
Недостатком известного устройства является то, что оно по ряду причин не обеспечивает высокой производительности ЭГ-установок, осуществляющих непрерывный процесс в течение продолжительного времени.A disadvantage of the known device is that for several reasons it does not provide high performance EG-installations that carry out a continuous process for a long time.
Первая причина состоит в том, что устройство работоспособно только при времени задержки, существенно меньшем времени зарядки конденсаторов. Если же установить время задержки, достаточным для того, чтобы ударные волны от последовательных разрядов не складывались, а воспринимались корпусом установки как раздельные удары, то для предотвращения обмена зарядом между конденсаторами потребуется многократно (в сотни раз) увеличить индуктивность реакторов, а это также многократно увеличит время зарядки.The first reason is that the device is only functional when the delay time is significantly less than the charging time of the capacitors. If you set the delay time sufficient so that the shock waves from successive discharges do not add up, but are perceived by the unit body as separate shocks, then to prevent the exchange of charge between the capacitors, it will be necessary to increase the reactor inductance many (hundreds of times), and this will also increase many times charging time.
Если даже предположить, что корпус установки настолько прочен, что в состоянии выдержать суммарную ударную волну от практически одновременного разряда всех конденсаторов при малом времени задержки, то зарядка всех конденсаторов начнется также практически одновременно. В начале зарядки конденсаторов ток, потребляемый от источника, максимален и соответствует максимальной мощности источника, но по мере зарядки он падает до нуля. Поэтому средняя мощность, потребляемая от источника, не превышает 30% от максимальной, на которую должны быть рассчитаны и сам источник, и связанные с ним первичные цепи. Поскольку производительность установки пропорциональна потребляемой ею мощности, известная установка, использующая описанный способ, имеет производительность на уровне 30% от той, какую могла бы иметь, если бы номинальная мощность источника использовалась бы полностью. Таким образом, вторая причина состоит в низком коэффициенте использования номинальной мощности источника питания.Even if we assume that the installation case is so strong that it can withstand the total shock wave from the almost simultaneous discharge of all capacitors with a short delay time, then charging of all capacitors will also begin almost simultaneously. At the beginning of charging the capacitors, the current consumed from the source is maximum and corresponds to the maximum power of the source, but as it charges, it drops to zero. Therefore, the average power consumed from the source does not exceed 30% of the maximum, for which the source itself and the primary circuits connected with it must be designed. Since the capacity of the installation is proportional to the power consumed by it, the known installation using the described method has a capacity of 30% of what it would have if the rated power of the source were used to the full. Thus, the second reason is the low utilization of the rated power of the power source.
Третья причина состоит в том, что самопроизвольное преждевременное (ранее того, как напряжение на конденсаторах достигнет рабочего) срабатывание одного из разрядников запускает все последующие разрядники, соединенные с ними конденсаторы разряжаются и немедленно начинают заряжаться, понижая тем самым выходное напряжение источника. Поэтому напряжение на предшествующих конденсаторах не только не достигает рабочего, но и начинает понижаться из-за того, что заряд конденсаторов, хоть и медленно, но начинает перетекать в незаряженные конденсаторы. Поэтому первый разрядник, запускающий весь разрядный цикл, не может пробиться и запустить последующие до тех пор, пока не зарядятся все конденсаторы.The third reason is that spontaneous premature (before the voltage across the capacitors reaches the working one), the operation of one of the arresters starts all subsequent dischargers, the capacitors connected to them are discharged and immediately begin to charge, thereby lowering the output voltage of the source. Therefore, the voltage at the preceding capacitors not only does not reach the working one, but also begins to decrease due to the fact that the charge of the capacitors, although slowly, begins to flow into uncharged capacitors. Therefore, the first spark gap, which starts the entire discharge cycle, cannot break through and start the next ones until all capacitors are charged.
Вследствие этого уменьшается среднее число разрядов за единицу времени, а следовательно, производительность установки.As a result of this, the average number of discharges per unit of time decreases, and therefore, the productivity of the installation.
Четвертая причина обусловлена тем, что в известном устройстве конденсаторы постоянно подключены к источнику питания через ограничивающие реакторы, имеющие очень небольшое сопротивление на постоянном токе. Поэтому они не препятствуют переходу в разряднике мощного искрового разряда в дуговой, поддерживаемый постоянным током от источника. Для восстановления непроводящего состояния разрядника установку приходится отключать, причем на значительное время, чтобы электроды разрядника, нагретые дугой, успели остыть.The fourth reason is due to the fact that in the known device, the capacitors are constantly connected to the power source through limiting reactors having a very small resistance to direct current. Therefore, they do not impede the passage in the arrester of a powerful spark discharge in an arc, supported by direct current from the source. To restore the non-conductive state of the arrester, the installation must be turned off, and for a considerable time, so that the arrester electrodes heated by the arc have time to cool.
В известном способе управления системой электропитания многоэлектродной ЭГ-установки, содержащей высоковольтный источник питания, n конденсаторов, n погруженных в воду рабочих электродов и n разрядников, включенных между конденсаторами и рабочими электродами, состоящем в том, что конденсаторы заряжают от источника и запускают поочередно разрядники, первый из указанных недостатков устраняется тем, что конденсаторы циклически подключают к источнику питания так, чтобы в любой момент времени к источнику питания был подключен по крайней мере один конденсатор, заряжают до рабочего напряжения, отключают от источника питания, подают запускающее воздействие на i-й разрядник в момент, когда соединенный с ним i-й конденсатор отключен от источника питания, подключают i-й конденсатор к источнику питания после завершения разрядного процесса и восстановления непроводящего состояния i-го разрядника, причем i=1...n.In the known method of controlling the power supply system of a multi-electrode EG installation containing a high-voltage power supply, n capacitors, n working electrodes immersed in water and n dischargers connected between the capacitors and working electrodes, the capacitors being charged from the source and the spark gaps being started in turn, the first of these drawbacks is eliminated by the fact that the capacitors are cyclically connected to the power source so that at any time the power source is connected at least there is one capacitor, they are charged to the operating voltage, disconnected from the power source, a trigger is applied to the i-th arrester at the moment when the i-th capacitor connected to it is disconnected from the power source, the i-th capacitor is connected to the power source after the discharge process is completed and restoration of the non-conductive state of the i-th arrester, with i = 1 ... n.
В известном способе управления системой электропитания многоэлектродной ЭГ установки, содержащей высоковольтный источник питания, n конденсаторов, n погруженных в воду рабочих электродов и n разрядников, включенных между конденсаторами и рабочими электродами, и состоящем в том, что конденсаторы заряжают от источника и запускают поочередно разрядники, второй из указанных недостатков устраняется тем, что конденсаторы циклически подключают к источнику питания так, чтобы в любой момент времени к источнику питания был подключен по крайней мере один конденсатор, отключают от источника питания, подают запускающее воздействие на i-й разрядник в момент, когда соединенный с ним i-й конденсатор отключен от источника питания, повторяют указанный процесс многократно за время зарядки конденсатора до рабочего напряжения, после пробоя i-го разрядника, завершения разрядного процесса и восстановления непроводящего состояния i-го разрядника подключают i-й конденсатор к источнику питания, причем i=1...n.In the known method of controlling the power supply system of a multi-electrode EG installation containing a high voltage power source, n capacitors, n working electrodes immersed in water and n dischargers connected between capacitors and working electrodes, and consisting in the fact that the capacitors charge from the source and start the arrears in turn, the second of these drawbacks is eliminated by the fact that the capacitors are cyclically connected to the power source so that at any time the power source is connected at least If one capacitor is disconnected from the power source, a triggering action is applied to the i-th arrester at the moment when the i-th capacitor connected to it is disconnected from the power source, the process is repeated many times during charging the capacitor to the operating voltage, after the i-th breakdown the arrester, complete the discharge process and restore the non-conductive state of the i-th arrester connect the i-th capacitor to the power source, and i = 1 ... n.
В предложенной многоэлектродной ЭГ-установке, содержащей заполненный водой корпус, высоковольтный источник питания, n конденсаторов, n погруженных в воду рабочих электродов и n разрядников, каждый из которых включен между конденсатором и рабочим электродом, указанные недостатки устраняются тем, что все разрядники выполнены управляемыми, в установку дополнительно введены коммутатор, n-канальное устройство запуска разрядников и диоды, причем коммутатор содержит n ключей коммутатора, управляемых циклически так, что в любой момент по крайней мере один из ключей непроводящий, каждый из ключей коммутатора одним выводом подключен к высоковольтному выводу источника питания, а другим через диод - к одному из конденсаторов, причем запуск i-го разрядника синхронизирован с непроводящим состоянием i-го ключа коммутатора, где i=1...n.In the proposed multi-electrode EG installation containing a water-filled casing, a high-voltage power supply, n capacitors, n working electrodes immersed in water and n dischargers, each of which is connected between the capacitor and the working electrode, these disadvantages are eliminated by the fact that all the dischargers are made controllable, The installation additionally includes a switch, an n-channel device for triggering arresters and diodes, the switch containing n switch keys controlled cyclically so that at any time the least one of the keys is non-conductive, each of the switch keys is connected to the high-voltage output of the power source with one output, and to one of the capacitors through the diode, and the start of the i-th arrester is synchronized with the non-conductive state of the i-th switch key, where i = 1 ... n.
Дополнительно коммутатор содержит вращающийся электрод, соединенный с источником, и n соединенных через диод с конденсатором зарядных электродов, расположенных в, по меньшей мере, одной плоскости вокруг вращающегося электрода, причем вращающийся электрод выполнен так, что при любом угле поворота он не соединен, что при любом угле поворота он находится в электрическом взаимодействии не более чем с n-1 зарядных электродов, а синхронизация устройства управления разрядниками с состоянием коммутатора выполнена путем установки, по меньшей мере, части устройства управления, например, вращающегося переключателя, на одном валу с вращающимся электродом.Additionally, the switch contains a rotating electrode connected to the source, and n charging electrodes connected via a diode to the capacitor located in at least one plane around the rotating electrode, and the rotating electrode is made so that at any angle of rotation it is not connected, which at any angle of rotation, it is in electrical interaction with no more than n-1 charging electrodes, and the synchronization of the arrester control device with the state of the switch is made by setting at least e, parts of a control device, for example, a rotary switch, on the same shaft as a rotating electrode.
Кроме того, вращающийся электрод выполнен в виде установленного на валу диска с вырезом, имеющим, например, форму сектора.In addition, the rotating electrode is made in the form of a disk mounted on the shaft with a notch having, for example, a sector shape.
Кроме того, угол сектора выреза во вращающемся электроде составляет не менее 720°/n.In addition, the angle of the notch sector in the rotating electrode is at least 720 ° / n.
Кроме того, вращающийся электрод взаимодействует с зарядными электродами через электрический контакт либо через электрический разряд.In addition, the rotating electrode interacts with the charging electrodes through an electrical contact or through an electrical discharge.
Технический результат от осуществления предложенного способа управления системой электропитания состоит в обеспечении независимости разрядных контуров, питаемых от общего источника и, как следствие, в создании возможности увеличения производительности ЭГ-установки путем простого масштабирования, то есть увеличения числа контуров и мощности источника питания до тех пор, пока требуемая производительность не будет достигнута. Цена источника питания, определяемая ценой трансформатора, при этом будет увеличиваться пропорционально корню четвертой степени из мощности, то есть весьма незначительно. Независимость разрядных контуров обеспечивается тем, что согласно предложенному способу при разряде каждого из конденсаторов соединенный с ним разрядник запускают в момент, когда этот конденсатор отключен от источника питания. Пробой разрядника не зависит от состояния цепей, связанных с остальными конденсаторами. Поэтому часто встречающийся самопроизвольный пробой одного из разрядников не может вызвать пробой других разрядников. Поскольку в момент разряда конденсатор согласно предложенному способу отключают от источника и подключают к нему снова только после восстановления непроводящего состояния разрядника, постоянное протекание тока от источника через разрядник и водяной промежуток становится невозможным даже при очень высокой мощности источника питания.The technical result from the implementation of the proposed method of controlling the power supply system is to ensure the independence of the discharge circuits supplied from a common source and, as a result, to create the possibility of increasing the performance of the EG installation by simply scaling, that is, increasing the number of circuits and power of the power supply until until the required performance is achieved. The price of the power source, determined by the price of the transformer, will increase in proportion to the root of the fourth degree of power, that is, very slightly. The independence of the discharge circuits is ensured by the fact that according to the proposed method, when each of the capacitors is discharged, the arrester connected to it is started at the moment when this capacitor is disconnected from the power source. Breakdown of the spark gap does not depend on the state of the circuits associated with the remaining capacitors. Therefore, the frequent spontaneous breakdown of one of the arresters cannot cause a breakdown of other arresters. Since at the moment of discharge, the capacitor according to the proposed method is disconnected from the source and connected to it again only after restoration of the non-conductive state of the arrester, the constant flow of current from the source through the arrester and the water gap becomes impossible even with a very high power source.
Технический результат от того, что согласно предложенному способу к источнику одновременно подключают более одного конденсатора, находящихся в разных стадиях зарядки, состоит в более полном использовании номинальной мощности источника, то есть в увеличении производительности установки.The technical result from the fact that according to the proposed method more than one capacitor at different stages of charging is simultaneously connected to the source consists in a more complete use of the nominal power of the source, that is, in increasing the productivity of the installation.
Технический результат от осуществления управления по второму предложенному способу, когда каждый из конденсаторов поочередно отключают от источника и подают запускающее воздействие на соединенный с ним разрядник многократно за время зарядки конденсатора до рабочего напряжения, состоит в исключении опасности выхода из строя конденсатора из-за превышения напряжения на нем при случайном отказе разрядника по запуску или при увеличении выходного напряжения источника питания.The technical result from the control according to the second proposed method, when each of the capacitors is alternately disconnected from the source and a triggering action is applied to the spark gap connected to it repeatedly during charging of the capacitor to the operating voltage, is to eliminate the risk of failure of the capacitor due to excess voltage in case of accidental failure of the arrester to start or when the output voltage of the power source increases.
Технический результат от выполнения всех разрядников установки управляемыми, введения в установку коммутатора, включенного между источником питания и конденсаторами, диодов, включенных в цепь зарядки каждого из конденсаторов, а также n-канального устройства запуска разрядников, также устройства коммутатора таким образом, что при любом его состоянии, по меньшей мере, один из конденсаторов отключен от источника, и от синхронизации момента запуска i-го разрядника с непроводящим состоянием i-го ключа коммутатора, при циклическом изменении i от 1 до n, состоит в том, что разряд каждого из конденсаторов не зависит от состояния остальных конденсаторов и разрядников, так как происходит в момент, когда он отключен от источника питания. Это исключает возможность перехода искрового разряда в разряднике в дуговой и, повышая стабильность работы установки, повышает тем самым ее производительность. Кроме того, настоящее предложение позволяет наращивать производительность ЭГ-установок путем увеличения числа независимых разрядных контуров. Выполнение коммутатора так, что в любом состоянии число k непроводящих (закрытых) ключей меньше n-1, то есть к источнику подключено более одного конденсатора, позволяет увеличить коэффициент использования номинальной мощности источника, а значит, повысить производительность установки без дополнительных затрат.The technical result from the implementation of all arresters of the installation controlled, the introduction of a switch connected between the power source and capacitors, diodes included in the charging circuit of each of the capacitors, as well as an n-channel device for triggering arresters, as well as a switch device in such a way that for any state, at least one of the capacitors is disconnected from the source, and from synchronization of the start time of the i-th arrester with the non-conductive state of the i-th switch key, with a cyclic change in i from 1 to n, consists in the fact that the discharge of each of the capacitors does not depend on the state of the remaining capacitors and arresters, since it occurs at the moment when it is disconnected from the power source. This eliminates the possibility of a spark discharge in the arrester in the arc and, increasing the stability of the installation, thereby increasing its productivity. In addition, this proposal allows you to increase the performance of EG-installations by increasing the number of independent discharge circuits. The design of the switch so that in any state the number k of non-conductive (closed) keys is less than n-1, that is, more than one capacitor is connected to the source, allows you to increase the utilization factor of the rated power of the source, and therefore, increase the performance of the installation without additional costs.
Технический результат от выполнения коммутатора в виде вращающегося электрода, взаимодействующего с частью зарядных электродов, соединенных через диоды с конденсаторами, и выполнения синхронизации устройства запуска разрядников с состоянием коммутатора путем установки части устройства управления на одном валу с вращающимся электродом состоит в упрощении и повышении надежности конкретного воплощения предложенного устройства.The technical result of making a switch in the form of a rotating electrode interacting with a part of charging electrodes connected through diodes to capacitors and synchronizing the spark gates device with the state of the switch by installing part of the control device on the same shaft with a rotating electrode is to simplify and increase the reliability of a particular embodiment the proposed device.
Технический результат от выполнения вращающегося электрода в виде установленного на валу диска с вырезом состоит в упрощении решения задачи циклического отключения части конденсаторов от источника питания.The technical result from the execution of a rotating electrode in the form of a disk with a notch mounted on the shaft is to simplify the solution of the problem of cyclic disconnection of part of the capacitors from the power source.
Технический результат от того, что угловая ширина выреза во вращающемся электроде должна превышать 720°/n, состоит в обеспечении достаточного для восстановления непроводящего состояния разрядников времени нахождения конденсаторов в отключенном состоянии, то есть в повышении стабильности работы установки.The technical result from the fact that the angular width of the cutout in the rotating electrode must exceed 720 ° / n consists in providing sufficient time for the capacitors to be in the off state to restore the non-conductive state of the arresters, that is, to increase the stability of the installation.
Сущность предложения поясняется чертежами.The essence of the proposal is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая последовательность действий при осуществлении первого предложенного способа.Figure 1 presents a diagram illustrating the sequence of actions in the implementation of the first proposed method.
На фиг.2 представлена зависимость напряжения на каждом из конденсаторов от времени при осуществлении первого предложенного способа.Figure 2 presents the dependence of the voltage on each of the capacitors from time to time when implementing the first proposed method.
На фиг.3 представлена схема, иллюстрирующая последовательность действий при осуществлении второго предложенного способа.Figure 3 presents a diagram illustrating the sequence of actions when implementing the second proposed method.
На фиг.4 представлена зависимость напряжения на каждом из конденсаторов от времени при осуществлении второго предложенного способа.Figure 4 presents the dependence of the voltage on each of the capacitors from time to time when implementing the second proposed method.
На фиг.5 представлен вариант выполнения устройства с коммутатором, осуществляющего предложенные способы.Figure 5 presents an embodiment of a device with a switch that implements the proposed methods.
Первый из предложенных способов управления многоэлектродной ЭГ-установкой предусматривает циклическое подключение (фиг.1) конденсаторов к источнику питания, их зарядку до рабочего напряжения, отключение от источника питания, запуск разрядников только после того, как соответствующий разрядный контур оказался полностью отключен от источника и других разрядных контуров. С целью повышения производительности установки, для экономии времени и равномерной нагрузки источника питания указанные действия осуществляются для каждого конденсатора независимо, со сдвигом во времени. Поэтому в любой момент часть конденсаторов подключена к источнику и заряжается, а часть отключена. Как минимум, отключен от источника питания в любой момент один конденсатор, как максимум - все, кроме одного. После разряда конденсатора через проводящий (пробитый) разрядник на водяной промежуток выдерживается некоторое время для восстановления непроводящего состояния разрядника, после чего конденсатор вновь подключают к источнику, и цикл повторяют. Время выдержки зависит от вида примененного разрядника: для вакуумных разрядников, имеющих малое время восстановления непроводящего состояния, оно имеет длительность порядка десятков микросекунд, для воздушных разрядников оно зависит от скорости продувки воздуха через разрядник и приблизительно в тысячу раз больше.The first of the proposed methods for controlling a multi-electrode EG installation involves cyclic connection (Fig. 1) of capacitors to a power source, charging them to operating voltage, disconnecting from a power source, starting spark gaps only after the corresponding discharge circuit is completely disconnected from the source and others bit circuits. In order to increase the productivity of the installation, to save time and even load the power source, these actions are carried out for each capacitor independently, with a time shift. Therefore, at any moment, part of the capacitors is connected to the source and is charging, and part is disconnected. At least one capacitor is disconnected from the power source at any time, at most - all but one. After the capacitor is discharged through the conducting (punched) spark gap into the water gap, it is maintained for some time to restore the non-conducting state of the spark gap, after which the capacitor is again connected to the source, and the cycle is repeated. The holding time depends on the type of arrester used: for vacuum arresters having a short recovery time for a non-conducting state, it has a duration of the order of tens of microseconds, for air arresters it depends on the speed of air blowing through the arrester and is approximately a thousand times longer.
Способ может быть осуществлен в двух вариантах: когда в каждый момент времени к источнику подключают только один конденсатор, и когда в каждый момент времени к источнику подключают более одного конденсатора. Первый вариант предоставляет больше времени для восстановления непроводящего состояния разрядников и предпочтителен, если используют воздушные разрядники, а источник питания оснащен устройством для повышения коэффициента использования номинальной мощности, например, индуктивно-емкостным преобразователем. Работа по второму варианту увеличивает коэффициент использования установленной мощности при простейшем исполнении источника.The method can be implemented in two versions: when at each moment of time only one capacitor is connected to the source, and when at each moment of time more than one capacitor is connected to the source. The first option provides more time to restore the non-conductive state of the arresters and is preferable if air arresters are used, and the power source is equipped with a device for increasing the utilization of the rated power, for example, an inductive-capacitive converter. The work according to the second option increases the utilization factor of the installed power with the simplest version of the source.
На фиг.1 высота прямоугольников, изображающих отдельные стадии рабочего цикла, лишь грубо соответствует их длительности, так как в действительности они отличаются в тысячи раз. Так, для десятиэлектродной установки мощностью 210 кВт с частотой разрядов каждого конденсатора 2 Гц, с воздушными разрядниками, при девяти одновременно подключенных к источнику конденсаторах, длительности каждой стадии по порядку величины составляют:In Fig. 1, the height of the rectangles depicting the individual stages of the working cycle only roughly corresponds to their duration, since in reality they differ by a thousand times. So, for a ten-electrode installation with a capacity of 210 kW with a discharge frequency of each capacitor of 2 Hz, with air arresters, with nine capacitors simultaneously connected to the source, the durations of each stage in order of magnitude are:
подключение - 1 мкс;connection - 1 μs;
зарядка - 350 мс;charging - 350 ms;
отключение - 50 мс;shutdown - 50 ms;
запуск - 10 мкс;launch - 10 μs;
разряд - 20 мкс;discharge - 20 μs;
восстановление непроводящего состояния - 100 мс.non-conductive state recovery - 100 ms.
Наиболее простыми, дешевыми и потому распространенными среди возможных видов сильноточных ключей являются воздушные разрядники. Для восстановления непроводящего состояния разрядника его продувают воздухом. Время восстановления зависит от скорости продувки. Указанного в примере времени вполне достаточно для того, чтобы сменить четыре-шесть объемов воздуха в разряднике при помощи небольшой воздуходувки. Если же конденсатор с воздушным разрядником от источника не отключать, то при указанной мощности для предотвращения зажигания стационарной дуги в разряднике потребуется сменять тот же объем воздуха не более чем за 1 мс. Мощность необходимой для этого воздуходувки сравнима с мощностью источника питания установки, что неприемлемо.The most simple, cheap and therefore common among the possible types of high-current switches are air arresters. To restore the non-conductive state of the arrester, it is purged with air. Recovery time depends on the purge speed. The time indicated in the example is quite enough to change four to six volumes of air in the spark gap with a small blower. If the capacitor with the air gap is not disconnected from the source, then at the indicated power, to prevent the ignition of the stationary arc in the spark gap, it will be necessary to change the same volume of air in no more than 1 ms. The power required for this blower is comparable to the power supply of the installation, which is unacceptable.
Пример зависимости напряжения на конденсаторе от времени представлен на фиг.2. При простейшем исполнении источника питания, в соответствии со свойствами зарядных схем, зарядка конденсатора идет по убывающей экспоненте. Напряжение на конденсаторе U возрастает тем медленнее, чем больше его абсолютная величина, то есть чем меньше разница между напряжением источника питания и напряжением на конденсаторе. Для ускорения процесса зарядки напряжение холостого хода Uxx источника питания всегда устанавливают на 10...20% большим рабочего напряжения конденсатора. Тогда зарядная кривая более круто устремляется к напряжению Uxx, а не к рабочему напряжению конденсатора Upaб. При осуществлении этого способа требуется точное согласование момента пробоя разрядников с моментом достижения напряжением на конденсаторах рабочего значения для того, чтобы избежать перезаряда конденсаторов.An example of the dependence of the voltage across the capacitor on time is shown in FIG. 2. In the simplest version of the power source, in accordance with the properties of the charging circuits, the capacitor is charged in a decreasing exponent. The voltage across the capacitor U increases the slower the larger its absolute value, that is, the smaller the difference between the voltage of the power source and the voltage across the capacitor. To speed up the charging process, the open circuit voltage U xx of the power supply is always set to 10 ... 20% higher than the operating voltage of the capacitor. Then the charging curve rushes more abruptly to the voltage U xx , and not to the operating voltage of the capacitor U pa . When implementing this method, exact matching of the breakdown time of the arresters with the moment the voltage across the capacitors reaches the operating value is required in order to avoid overcharging of the capacitors.
Второй из предложенных способов управления многоэлектродной ЭГ-установкой не требует точного контроля напряжения на конденсаторах. Он основан на свойстве разрядника запускаться (пробиваться) при подаче запускающего воздействия только когда напряжение на нем достигнет определенного уровня, называемого порогом срабатывания разрядника. На фиг.3 схематически изображена последовательность действий для одного из конденсаторов (i-й конденсатор) при осуществлении этого способа. Каждый из конденсаторов циклически подключают к источнику питания, причем в любой момент времени к источнику питания подключают не более чем n-k конденсаторов, где 1 k<n заряжают, отключают от источника питания, подают запускающее воздействие на i-й разрядник в момент, когда соединенный с ним i-й конденсатор отключен от источника питания, повторяют указанный процесс многократно за время зарядки конденсатора до рабочего напряжения, после пробоя i-го разрядника, завершения разрядного процесса и восстановления непроводящего состояния i-го разрядника подключают i-й конденсатор к источнику питания, причем i=1...n.The second of the proposed methods for controlling a multi-electrode EG installation does not require precise control of the voltage across the capacitors. It is based on the property of the arrester to start (break through) when a triggering action is applied only when the voltage on it reaches a certain level, called the arrester threshold. Figure 3 schematically shows the sequence of actions for one of the capacitors (i-th capacitor) in the implementation of this method. Each of the capacitors is cyclically connected to the power source, and at any time no more than nk capacitors are connected to the power source, where 1 k <n are charged, disconnected from the power source, a triggering action is applied to the ith arrester at the moment when connected to the i-th capacitor is disconnected from the power source, the process is repeated many times during the charging of the capacitor to the operating voltage, after the breakdown of the i-th arrester, completion of the discharge process and restoration of the non-conductive state of the i-th discharge the detector connect the i-th capacitor to the power source, and i = 1 ... n.
Этот способ, также как и первый, может быть осуществлен в двух вариантах: когда в каждый момент времени к источнику подключают только один конденсатор, и когда в каждый момент времени к источнику подключают более одного конденсатора.This method, as well as the first one, can be implemented in two versions: when only one capacitor is connected to the source at each moment of time, and when more than one capacitor is connected to the source at each moment of time.
Другими словами, предложенный способ предусматривает ступенчатую зарядку конденсаторов с отключением от источника питания и подачей на разрядники запускающего воздействия на каждой ступени. Соответствующая этому режиму зависимость напряжения на конденсаторе от времени представлена на фиг.4. При этом разрядники настраивают так, чтобы они не пробивались от подачи запускающего воздействия при напряжении, меньшем, чем рабочее. Если в силу каких-либо причин увеличится выходное напряжение источника, или возрастет продолжительность рабочего цикла установки, или разрядник не запустится после подачи запускающего воздействия, то до момента следующего отключения и запуска напряжение на конденсаторе, как это видно из сравнения фиг.2 и 4, возрастет намного меньше, чем в случае непрерывной зарядки до рабочего напряжения.In other words, the proposed method provides for stepwise charging of capacitors with disconnection from the power source and supplying triggers at each stage to the arresters. Corresponding to this mode, the dependence of the voltage across the capacitor on time is shown in Fig. 4. At the same time, the arresters are adjusted so that they do not break through from the supply of a triggering action at a voltage less than the working one. If, for any reason, the output voltage of the source increases, or the duration of the operating cycle of the installation increases, or the arrester does not start after a trigger is applied, then until the next shutdown and start the voltage on the capacitor, as can be seen from the comparison of FIGS. 2 and 4, will increase much less than in the case of continuous charging to the operating voltage.
Предложенные способы могут быть реализованы различными устройствами. Устройство, схематически изображенное на фиг.5, наиболее просто в эксплуатации и обладает высокой помехоустойчивостью.The proposed methods can be implemented by various devices. The device schematically depicted in figure 5, the most simple to operate and has high noise immunity.
Для того чтобы не загромождать чертеж, на фиг.5 позиционные обозначения проставлены только у одного элемента из каждой группы однородных элементов (конденсаторов, электродов и т. д.). Остальные элементы имеют проставленный вблизи них порядковый номер без выносной линии. Предложенная установка содержит корпус 1, заполненный водой 2. В нижней части корпуса 1 находится решетка-классификатор 3, на которую загружается подлежащее измельчению сырье 4. На крышке 5 корпуса 1 расположены погруженные в воду рабочие электроды 6. В качестве примера, на фиг.1 представлена установка, содержащая пять рабочих электродов, пять конденсаторов 7 и пять управляемых разрядников 8, образующих соответственно пять разрядных контуров. То есть для представленного примера n=5. Установка содержит высоковольтный источник питания 9, в качестве которого может использоваться обычный трансформатор-выпрямитель. Отрицательный вывод источника питания 9, один из выводов каждого из конденсаторов 7, корпус 1, крышка 5 и решетка 3 электрически соединены между собой и заземлены. Каждый из конденсаторов 7 соединен через соответствующий ему один из управляемых разрядников 8 с соответствующим ему одним из рабочих электродов 6. Высоковольтный вывод каждого из конденсаторов соединен с положительным выводом источника питания 9 через коммутатор 10.In order not to clutter the drawing, in Fig. 5, the reference designations are affixed to only one element from each group of homogeneous elements (capacitors, electrodes, etc.). The remaining elements have a serial number affixed near them without an extension line. The proposed installation comprises a
В описываемом устройстве четыре разных элемента должны называться электродами. Для того чтобы их различать, в название каждого из этих элементов включено прилагательное:In the described device, four different elements should be called electrodes. In order to distinguish them, the adjective is included in the name of each of these elements:
рабочий электрод - электрод, погруженный в воду, заполняющую корпус установки;working electrode - an electrode immersed in water filling the installation casing;
вращающийся электрод - подвижная часть коммутатора соединенная с высоковольтным выводом источника питания;rotating electrode - the moving part of the switch connected to the high-voltage output of the power source;
зарядный электрод - часть коммутатора, взаимодействующая с вращающимся электродом и соединенная с конденсатором и разрядником;charging electrode - a part of the commutator interacting with a rotating electrode and connected to a capacitor and a spark gap;
управляющий электрод - часть разрядника, служащая для его запуска.the control electrode is the part of the spark gap that serves to start it.
В предложенном устройстве роль ключей, упоминаемых в описании первого способа, играют управляемые разрядники 8. Признак “управляемые” означает, что они могут быть запущены, то есть переведены из непроводящего (ключ закрыт) состояния в проводящее (ключ открыт), посредством управляющего воздействия, вырабатываемого устройством запуска 11. Вместо термина “запуск” в технике иногда употребляется термин “поджиг”. Таким воздействием может быть, например, высоковольтный импульс, подаваемый на управляющий электрод разрядника, если использован разрядник с искажением поля или тригатрон, как в представленном примере, либо, например, вспышка лазерного излучения, сфокусированного на одном из электродов двухэлектродного разрядника. В предложенном устройстве применено n-канальное (на фиг.5 n=5) устройство запуска 11. Это означает, что оно имеет n выходов 12, соединенных с управляющими электродами 13 разрядников 8.In the proposed device, the role of the keys mentioned in the description of the first method is played by controlled
Коммутатор 10 служит для циклического подключения конденсаторов 7 к высоковольтному выводу источника питания 9. На фиг.5 в качестве примера представлен коммутатор с вращающимся электродом 14, соединенным с положительным выводом источника питания 9. Коммутатор 10 содержит также зарядные электроды 15, каждый из которых соединен с соответствующим конденсатором 7 через диоды 16. Они предназначены для передачи зарядного тока от источника питания 9 к конденсаторам и могут находиться в прямом электрическим контакте с вращающимся электродом 14, то есть скользить по нему как щетки электродвигателя. Поскольку коммутируемое напряжение достаточно велико - порядка 50 кВ, зарядный ток не превышает единиц ампер, а сопротивление искры в воздухе не превышает единицы ом, то зарядные электроды 15 могут быть отделены от вращающегося электрода 14 небольшим искровым зазором, как в автомобильном распределителе зажигания. Поэтому при характеристике связи между электродами 14 и 15 использовано более общее выражение “взаимодействуют”.The
Привод коммутатора, то есть механизм, приводящий во вращение вал с закрепленным на нем вращающимся электродом, на чертеже не показан.The switch drive, that is, the mechanism that drives the shaft with a rotating electrode fixed to it, is not shown in the drawing.
Вращающийся электрод 14 выполнен так, что при любом угловом положении он не находится во взаимодействии, по меньшей мере, с одним из зарядных электродов 15, например, как показано на фиг.1, с электродом 15.5. В представленном примере он выполнен в виде диска с секторным вырезом. Величина угла α сектора выреза приблизительно лежит в пределах от удвоенного углового расстояния β между двумя смежными зарядными электродами 15 до 360° - β, то есть 2β≤α≤360° - β. Если конденсаторы 7 имеют разную емкость, то зарядные электроды 15 могут располагаться по окружности коммутатора неравномерно, то есть в этом случае β≠const. При равномерном расположении зарядных электродов 15 угол Р будет равен 360°/n. В зависимости от угла сектора выреза α число одновременно подключенных к источнику 9 конденсаторов 7 находится в пределах от 1 до n-1.The rotating electrode 14 is designed so that at any angular position it is not in interaction with at least one of the charging
Таким образом, вращающийся электрод 14 образует с каждым из зарядных электродов 15 ключ, который находится в открытом (проводящем) состоянии, если электроды находятся во взаимодействии, и в закрытом - если электроды не находятся во взаимодействии. Поскольку электрод 14 выполнен вращающимся, то взаимодействие носит циклический характер: на один его оборот приходится по одному замыканию и размыканию каждого из ключей.Thus, the rotating electrode 14 forms a key with each of the charging
В представленном на фиг.5 примере устройство запуска 11 содержит n независимых генераторов 17, которые вырабатывают запускающее воздействие для разрядников 8 при подаче на их входы сигнала, синхронизирующего запуск i-го разрядника с угловым положением вращающегося электрода 14. Для выработки такого сигнала применяется датчик углового положения. В устройстве на фиг.5 такими датчиками служат постоянный магнит 18, укрепленный на конце рычага 19, и герконы 20. При вращении рычага 19 магнит 18 проходит мимо герконов 20, вызывая их замыкание и запуск соединенных с ними генераторов 17. Синхронизация момента открытия ключей 8 с угловым положением вращающегося электрода 14 обеспечивается тем, что вращающийся рычаг 19 и вращающийся электрод 14 установлены на одном валу 21 и жестко связаны с ним. Рычаг 19 устанавливается напротив середины секторного выреза в электроде 14. Возможны и другие варианты исполнения устройства запуска. Например, оно может содержать генератор тактовых импульсов, поочередно запускающий генераторы 17 и синхронизированный с угловым положением электрода 14 единственным датчиком. Или, устройство запуска может иметь только один генератор 17 с n синхровходами, соединенными с датчиками углового положения, и включенный между ним и разрядниками механический распределитель запускающих импульсов, аналогичный автомобильному и установленный на общем валу с коммутатором.In the example shown in FIG. 5, the
Предложенный способ осуществляется в предложенном вышеописанном устройстве следующим образом.The proposed method is carried out in the above device as follows.
При запуске установки включают привод коммутатора 10. Поскольку на один оборот вращающегося электрода 14 каждый конденсатор испытывает один зарядно-разрядный цикл, частота вращения привода устанавливается равной максимальной рабочей частоте конденсаторов, определяемой их изготовителем. После того, как установятся постоянные обороты вала 21, включают источник 9. Конденсаторы 7 заряжаются через коммутатор от источника. Благодаря наличию секторного выреза во вращающемся электроде 14, число подключенных к источнику конденсаторов 7 всегда меньше их общего числа n.At the start of the installation, the drive of the
На фиг.1 изображено состояние, когда отключен от источника конденсатор 7.3.Figure 1 shows the state when the capacitor 7.3 is disconnected from the source.
В момент, когда середина секторного выреза во вращающемся электроде 14 оказывается напротив неподвижного контакта 15.3, магнит 18 оказывается напротив геркона 20.3 и вызывает его переключение. Переключение геркона запускает генератор 17.3, на выходе которого 12.3 появляется управляющее воздействие, передаваемое на управляющий электрод 13.3 разрядника 8.3 и запускающее разрядник. После пробоя разрядника напряжение заряженного конденсатора прикладывается через рабочий электрод 6.3 к водяному промежутку между концом рабочего электрода и решеткой 3. Водяной промежуток пробивается. Сопровождающие пробой явления используются в технологических целях в представленном примере для дробления сырья.At the moment when the middle of the sector cut in the rotating electrode 14 is opposite the stationary contact 15.3, the
После завершения разряда конденсатора 7.3 электрод 15.3 все еще остается отключенным от вращающегося электрода 14 в течение, по меньшей мере, времени t=β/ω, где ω - угловая скорость вращения электрода 14. За это время разрядник 8.3 успевает восстановить непроводящее состояние и, когда край сектора электрода 14 в ходе его вращения подойдет к электроду 15.3, весь ток через этот электрод от источника 9 пойдет только на зарядку конденсатора 7.3. Диоды 16.1, 16.2 и 16.5 предотвращают разряд конденсаторов 7.1, 7.2 и 7.5 на незаряженный еще конденсатор 7.3. В отличие от примененных с этой же целью в прототипе ограничивающих реакторов диоды выполняют свою задачу независимо от длительности зарядного и разрядного циклов. В этот же момент неподвижный электрод 15.4 оказывается напротив середины секторного выреза, а магнит 18 - напротив геркона 20.4, происходят запуск разрядника 8.4 и пробой водяного промежутка с рабочего электрода 6.4. Далее процесс разряда-зарядки повторяется с остальными конденсаторами, а после завершения полного оборота электрода 14 и рычага 19 начинается новый цикл работы установки. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени, или, что то же самое, от угла поворота вращающегося электрода 14, представлена на фиг.3.After the discharge of the capacitor 7.3 is completed, the electrode 15.3 still remains disconnected from the rotating electrode 14 for at least t = β / ω, where ω is the angular velocity of rotation of the electrode 14. During this time, the spark gap 8.3 manages to restore the non-conductive state and, when the edge of the sector of the electrode 14 during its rotation will approach the electrode 15.3, all the current through this electrode from the source 9 will go only to charge the capacitor 7.3. Diodes 16.1, 16.2 and 16.5 prevent the discharge of capacitors 7.1, 7.2 and 7.5 to an uncharged capacitor 7.3. In contrast to the limiting reactors used for the same purpose in the prototype, diodes fulfill their task regardless of the duration of the charging and discharge cycles. At the same moment, the stationary electrode 15.4 is opposite the middle of the sector cut-out, and the
Возможны и другие варианты исполнения устройства запуска 11. Например, он может содержать генератор тактовых импульсов, поочередно запускающий генераторы 17, и синхронизованный с угловым положением вращающегося электрода одним датчиком. Либо оно может содержать один синхронизованный генератор импульсов запуска и распределитель импульсов по управляющим электродам 13 разрядников 8.Other embodiments of the
Длительности процессов отключения зарядных электродов 15 от источника питания и восстановления непроводящего состояния разрядников различны. Обычно время отключения меньше времени восстановления непроводящего состояния разрядников, и тогда рычаг 19 может устанавливаться не точно напротив середины секторного выреза в электроде 14, как это показано на фиг.5, а повернутым на некоторый угол в направлении вращения электрода 14. Время нахождения разрядных контуров после разряда в отключенном состоянии увеличивается, и стабильность работы установки повышается.The duration of the processes of disconnecting the charging
Для предотвращения зарядки конденсаторов до более высокого напряжения согласно второму из предложенных способов частота вращения вала 21 может быть увеличена в несколько раз. Разрядники при этом настраиваются так, чтобы порог их срабатывания по запуску был равен или на несколько процентов меньше рабочего напряжения конденсаторов. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени (угла поворота) вала 21 или вращающегося электрода 14 для этого случая представлена на фиг.4. В представленном на фиг.4 примере частота вращения вала 21 увеличена в 4 раза, рабочее напряжение конденсатора принято равным 50 кВ, а напряжение холостого хода источника питания 62 кВ. В соответствии со свойствами зарядной цепи конденсатор за время первого оборота зарядится до напряжения 27 кВ, подача запускающего воздействия на управляющий электрод разрядника не приведет к его запуску. За время второго оборота конденсатор зарядится до 39 кВ, но разрядник по-прежнему не запустится. За время третьего оборота конденсатор зарядится до 46 кВ, что на 10% меньше рабочего напряжения, и разрядник по-прежнему не запустится. По завершении четвертого оборота конденсатор зарядится до рабочего напряжения 50 кВ и подача запускающего воздействия на разрядник приведет к его пробою.To prevent charging of the capacitors to a higher voltage according to the second of the proposed methods, the speed of the
Если даже разрядник не запустится при 50 кВ, то за время пятого оборота напряжение на конденсаторе возрастет только до 55 кВ. Разрядник при повторном запуске на повышенном напряжении будет пробит с очень большой вероятностью. Если же зарядку проводить только однократно с вчетверо меньшей частотой вращения вала 21, то в случае отказа разрядника по запуску конденсатор будет заряжаться далее в течение всего следующего оборота вала до напряжения, как видно из фиг.3, практически равного напряжению холостого хода Uxx источника питания. Многократное повторение этого явления приведет к значительному сокращению срока службы конденсатора. Переход к работе установки с зарядкой ступенями не требует никаких переделок, кроме увеличения частоты вращения вала 21, и такое исполнение, осуществляющее второй из предложенных способов, целесообразно, если разрядники обладают малой чувствительностью к запускающему воздействию или если выходное напряжение источника питания подвержено сильным изменениям.If even the arrester does not start at 50 kV, then during the fifth revolution the voltage across the capacitor will increase only to 55 kV. When restarting at high voltage, the arrester will be broken with a very high probability. If charging is carried out only once with a four times
В описании предложенных способов и устройств в качестве коммутирующего элемента разрядного контура использовались разрядники. В действительности положительный эффект от использования предложенных способов и устройств будет достигаться, если в качестве таких элементов использовать электронные или газоразрядные коммутирующие приборы, поскольку и они могут самопроизвольно переходить в проводящее состояние или задерживаться с переходом в непроводящее состояние. По этой же причине при обозначении коммутирующих элементов не использовался термин “ключ”, так как он относится к абстрактному прибору с двумя состояниями и идеальной управляемостью, тогда как проблемы, решаемые настоящими предложениями, вызваны именно неидеальностью характеристик реальных приборов.In the description of the proposed methods and devices, arresters were used as a switching element of the discharge circuit. In fact, a positive effect from the use of the proposed methods and devices will be achieved if electronic or gas-discharge switching devices are used as such elements, since they too can spontaneously transition to a conducting state or delay in transition to a non-conducting state. For the same reason, the term “key” was not used to designate the switching elements, since it refers to an abstract device with two states and perfect controllability, while the problems solved by these proposals are caused precisely by the imperfect characteristics of real devices.
Достоинством предложенных способов и осуществляющего его устройства является устойчивость работы по отношению к самопроизвольному пробою разрядников либо затянутому по времени восстановлению их непроводящего состояния. В первом случае самопроизвольный пробой одного разрядника не приводит к преждевременному пробою других. Дуга в преждевременно пробитом разряднике гаснет, как только произойдет очередное отключение соответствующего конденсатора и разрядника от источника. Нормальная работа установки восстанавливается через два-три цикла, причем без выключения источника питания. Если же непроводящее состояние разрядника не успело восстановиться к моменту подключения его к источнику, то спустя очень небольшое время t к источнику подключается следующий только что разряженный конденсатор, напряжение на разряднике падает, и разряд в нем гаснет.The advantage of the proposed methods and the device that implements it is the stability of operation with respect to spontaneous breakdown of arresters or delayed restoration of their non-conductive state. In the first case, spontaneous breakdown of one spark gap does not lead to premature breakdown of others. The arc in the prematurely broken arrester goes out as soon as the next disconnection of the corresponding capacitor and arrester from the source occurs. Normal operation of the installation is restored after two to three cycles, and without turning off the power source. If the non-conductive state of the arrester did not manage to recover by the moment it is connected to the source, then after a very short time t the next freshly discharged capacitor is connected to the source, the voltage on the arrester drops, and the discharge in it goes out.
Кроме того, предложенные способы и устройства не требуют переключения или коммутации разрядного тока, обычно достигающего в ЭГ-установках 10-20 кА. Вся коммутация по предложенным способам происходит только в зарядной цепи, где токи обычно составляют единицы ампер, и ее реализация не вызывает затруднений.In addition, the proposed methods and devices do not require switching or switching of the discharge current, which usually reaches 10-20 kA in EG installations. All switching according to the proposed methods occurs only in the charging circuit, where the currents are usually units of amperes, and its implementation does not cause difficulties.
Предложенные способы и устройство решают задачу создания надежно и стабильно работающих ЭГ-установок, производительность которых наращивается путем увеличения числа разрядных контуров, заряжаемых наиболее дешевым образом от одного общего высоковольтного источника питания. Уже создана и стабильно работает десятиэлектродная ЭГ-дробилка для производства щебня, питаемая от одного трансформатора-выпрямителя мощностью 210 кВт. Стоимость этого трансформатора втрое меньше суммарной стоимости десяти независимых трансформаторов-выпрямителей мощностью по 20 кВт. Коэффициент использования установленной мощности трансформатора составляет в этой установке 81% без применения дорогостоящего индуктивно-емкостного преобразователя на входе.The proposed methods and device solve the problem of creating reliable and stably working EG-installations, the productivity of which is increased by increasing the number of discharge circuits charged in the cheapest way from one common high-voltage power source. A ten-electrode EG crusher for crushed stone production, powered by a single transformer-rectifier with a capacity of 210 kW, has already been created and is working stably. The cost of this transformer is three times less than the total cost of ten independent transformer rectifiers with a capacity of 20 kW. The installed power factor of the transformer in this installation is 81% without the use of an expensive inductive-capacitive converter at the input.
Источники информацииSources of information
1. Л.А. Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: ”Машиностроение”, 1986.1. L.A. Yutkin. Electro-hydraulic effect and its application in industry. - L .: "Mechanical Engineering", 1986.
2. Л.А. Гельфонд, И.Т. Зиновьев, В.Д. Казанцев и др. Электроимпульсная установка ЭСУ-2Т/11 разрушения некондиционного железобетона. - "Электронная обработка материалов", 1990, № 6, с.74 -75.2. L.A. Gelfond, I.T. Zinoviev, V.D. Kazantsev et al. Electropulse installation ESU-2T / 11 for destruction of substandard reinforced concrete. - "Electronic processing of materials", 1990, No. 6, p. 74 -75.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110339A RU2239060C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110339A RU2239060C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2239060C1 true RU2239060C1 (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33537855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003110339A RU2239060C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239060C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497318C2 (en) * | 2007-10-09 | 2013-10-27 | Сейфгейт Интернэшнл Аб | Aerodrome led lighting |
| RU2733434C1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-10-01 | Анатолий Евгеньевич Волков | Electric pulsed crushing-separation method and device |
-
2003
- 2003-04-11 RU RU2003110339A patent/RU2239060C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| РЖЕВСКИЙ В.В. и др. Электрическое разрушение горных пород. - М.: Недра, 1972, с.63-70. * |
| ЮТКИН Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: Машиностроение, 1986, с.127. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497318C2 (en) * | 2007-10-09 | 2013-10-27 | Сейфгейт Интернэшнл Аб | Aerodrome led lighting |
| RU2733434C1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-10-01 | Анатолий Евгеньевич Волков | Electric pulsed crushing-separation method and device |
| WO2021173032A1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | Общество С Ограниченной Ответственностью «Дельтарут» | Method and device for electric pulse crushing and separation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0750396B1 (en) | High voltage pulse generator | |
| RU2395884C2 (en) | Method and device for start of serial spark discharger | |
| US4541848A (en) | Pulse power supply for generating extremely short pulse high voltages | |
| US5296665A (en) | Method of restarting a plasma arc torch using a periodic high frequency-high voltage signal | |
| US3933140A (en) | Capacitive discharge ignition adapter | |
| US5471362A (en) | Corona arc circuit | |
| SE455875B (en) | MULTIPLE SPARK CIRCUIT FOR USE WITH A CONDENSOR DISPLAY TENDING SYSTEM | |
| US3223887A (en) | Electrical apparatus | |
| RU2239060C1 (en) | Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method | |
| US3596133A (en) | Solid-state multispark ignition | |
| US5572093A (en) | Regulation of hot restrike pulse intensity and repetition | |
| EP0151199A1 (en) | Electrical conversion recovery system | |
| RU2560716C1 (en) | Pulse and periodic charging system | |
| JPS56114623A (en) | Spark erosion power source | |
| JP3638062B2 (en) | Power supply for electrical discharge machining | |
| RU2660171C1 (en) | Pulse periodic charging system | |
| US5125387A (en) | Distributorless ignition system | |
| KR101651737B1 (en) | Micro Pulse System Having Function for Restricting Current and Electrostatic Precipitator Using That Micro Pulse System | |
| US3624487A (en) | Dual energy electrical pulse generating system | |
| US3938059A (en) | Solid state rectifier control unit | |
| SU773774A1 (en) | Electric firing disconnector | |
| US2649566A (en) | Polarity reversal device for electrostatic machines | |
| SU608632A1 (en) | Thyristor generator for electroerosion machines | |
| RU2159978C2 (en) | Spark gap ignition method | |
| SU703897A1 (en) | Square wave pulse generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130412 |