Генератор мощных высокочастотныхимпульсов

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 18128 (21) 2701777/18-21с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Н 03 К 3/53 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Автор изобретения ПМ. Пшиков Харьковский ордена Ленина политехнический институт Жени В.И, Ленина(54) ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ИМПУЛЬСОВИзобретение относится к области термической обработки и может быть применено для поверхностной закалки металлов с помощью индукционного нагрева, а также для индукционного нагрева - локального и электроконтактного поверхностного нагрева металла для различных технологических целей.Известен аппарат для индукционного нагрева, содержащий источник питания, к которому через токо- ограничивающий элемент подключена последовательная цепочка, состоящая из нагрузки и конденсаторной батареи, параллельно этой цепочке включено управляемое коммутирующее устройство Г 1,Основным недостатком этого Уст-ройства является неудовлетворительное качество обработки поверхности металла, обусловленное наличием у закаленной поверхности недостаточно высокой твердости, вязкости и коррозионной стойкости, Это связано с отсутствием у обработанного слоя мелкозернистой структуры, получаемой, как известно в результате импульсного нагрева и быстрого самоохлаждения нагретой поверхности за счет холодной массы металла. В известном устройстве из-за 5 ограниченной мощности сети и токоограничивающего элемента уменьшаетсявыделяемая в нагрузке мощность. Врезультате этого увеличивается время нагрева, что приводит к уходу 10 тепла из заданного для нагрева поверхностного слоя в массу металла.Увеличивается глубина нагрева, чтопрепятствует после окончания нагрева быстрому охлаждению заданного поверхностного слоя из-за того, чтоуже прогреты нижележащие слои по от,ношению к заданному поверхностномуслою. Уменьшение скорости нагрева иохлаждения не позволяет получить поэтому мелкозернистую структуру,обеспечивающую высокую твердость, вязкость и коррозионную стойкость узакаленного слоя металла.Наиболее близким техническим 25 решением к данному изобретению является устройство для нагрева (подсварку), содержащее источник питания, к которому подключен инверторна управляемых тиристорах, собранной по мостовой схеме, в два пле 85378230 20 ЗО 40 ча которого включены буферные конденсаторные батареи различной емкости, а в диагонали включена последовательная цепочка, состоящая из рабочей емкости и первичной обмотки согласующего устройства2 ,Недостатком известного устройства является низкое качество закаленной поверхности металла. Подобное качество обусловлено получением у закаленной поверхности невысокой твердости, вязкости и коррозионной стойкости. Это связано с тем, что известное устройство обеспечивает получение пакета парных несимметричных импульсов тока которые ограничены по частоте и мощности. Такой пакет импульсов не обеспечивает импульсной нагрев, заданного поверхностного слоя и быстрое самоохла;дение его за счет холодных нижележащих слоев металла. В результате у закаленной поверхности металла образуется недостаточная мелкозернистость структуры, что ведет к снижению твердости, вязкости и коррозионной стойкости.Целью изобретения является увеличение мощности и частоты следования импульсов.Поставленная цель достигается тем,что в генератор мощных высокочастотных импульсов, содержащий источник питания, инвертор на управляемых коммутаторах, собранный по мостовой схеме, в два плеча которого включены конденсаторные батареи, нагрузку, введены накопитель энергии, включенный параллельно инвертору, а также по крайней мере еще один инвертор, включенный параллельно первому, при этом диагональ каждого инвертора выполнена в виде проводника-токопровода, а в два других плеча каждого инвертора включены по два управляемых коммутатора, последовательно соединенных между собой через общую для всех плеч с коммутаторами нагрузку.На Фиг.1 представлена электрическая схема генератора импульсов, на фиг,2 показан импульс тока в нагреваемом проводнике.Генератор импульсов содержит ис" точник питания 1, к которому подключен накопитель 2 энергии, например, емкостной. К емкостному накопителю 2 энергии подсоединены через коммутатор 3 параллельно включение между собой несколько, например, три инвертора, которые собраны по мостовой схеме и содержат в двух плечах каждого иэ инверто" ров конденсаторные батареи 4-9. В два других плеча каждого инвертора включены по два управляемыхокоммутатора: в первом инверторе в одном плече - коммутаторы 10, 11, в другом плече - коммутаторы 12, 13 во втором инверторе - соответственно коммутаторы 14-17 и в третьеминверторе - соответственно коммутаторы 18-21. Два коммутатора в каждом плече инверторов, например,коммутаторы 18 и 19 соединены между собой через общую для всех плечс коммутаторами нагрузку 22, напримерчерез первичную обмотку согласующего устройства, Диагональ каждогоинвертора выполнена в виде проводника-токопровода соответственно 23,24, 25, Источник питания 1 представляет собой, например, усилитель-выпрямитель, питающийся от сети переменного тока. Конденсаторные батареи 4-9 являются малоемкостными посравнению с емкостным накопителем 2энергии. Управляемые коммутаторы 1021 выполнены в виде, например, искровых разрядников. Коммутаторы 10,14, 18 могут быть выполнены в видеодного управляемого коммутатора.Такое же исполнение могут иметь икоммутаторы 13, 17, 21. В зависимости от исполнения и работы коммутаторов 10- 21 коммутатора 3 может и небыть в схеме,Генератор импульсов работаетследующим образом.После заряда от-источника питания 1 емкостного накопителя 2 энер-,гии срабатывает коммутатор 3. Приэтом конденсаторные батареи 4-9заряжаются от накопителя энергии 2до напряжения, равного половинезарядного напряжения накопителяэнергии 2. Срабатывание коммутаторов 10 и 11 обеспечивает разряд нанагрузку 22 конденсаторной батареи4. В результате через нагреваемыйпроводник в нагрузке 22 проходитмощный высокочастотный импульстока, а конденсаторная батарея 5подзаряжается до напряжения, равного напряжению на емкостном накопителе энергии 2, После этого срабатывают коммутаторы 14, 15. Происходит разряд конденсаторной батареи би подзаряд конденсаторной батареи 7.В результате через нагреваемый проводник в нагрузке 22 проходит ещеодин мощный высокочастотный импульстока. Замыкание коммутаторов 18 и19 приводит к тому, что конденсаторная батарея 8 разряжается, а конден;саторная батарея 9 подзаряжается.При этом через нагрузку 22 проходитмощный высокочастотный импульс тока, Дальнейщая работа происходит такчто разряжаются поочередно конденсаторные батареи 5,7, 9 при срабатывании соответствующих пар коммутаторов и заряжаются конденсаторныебатареи соответственно 4, б, 8 донапряжения, равного напряжению нанакопителе энергии 2. В результатекахдого разряда через проводник внагрузке 22 проходит мощный высоко853782 Формула изобретения фиг. 1 частотный импульс тока, нагревающий его поверхность. Затем снова идет поочередный разряд конденсаторных батарей 4, б, 8 и заряд конденсаторных батарей 5, 7, 9 соответственно, и так далее. Работа генератора продолжаетсядо тех пор, пока, например, не разрядится накопитель энергии 2. В итоге через проводник в нагрузке 22 проходит серия импульсов тока (фиг.2), частота каждого из которых порядка мегагерца, образующая единый нагревающий импульс тока мощностью порядка единиц мегаватт.Так как энергия, накопленная в накопителе 2, выделяется за короткое время порциями при разрядах конденсаторных батарей, т.е. происходит быстоый (импульсный) нагрев тонкого поверхностного слоя проводника, а также происходит резкое охлаждение после прекращения нагрева за счет отвода тепла в холодную массу металла, то образуется мелкозернистая структура закаленного поверхностного слоя, Подобная структура способствует улучшению качества обработки поверхности, а именно: позволяет получить высокую твердость ударную вязкЬсть икоррозионную стойкость.Данный генератор импульсов позволяет выделить запасенную в накопителе значительную энергию мощными высокочастотными импульсами тока от разряда конденсаторных батарей, следующих один. за другим. Благодаря этому, через нагреваемый проводник проходит мощный высокочастотный импульс тока, который обеспечивает быстрый адиабатический нагрев тонкого поверхностного слоя проводника с последующим быстрым охлаждением за счет отвода тепла в холодные слои. В результате образуется мелкозернистая структура, обеспечивающая повышение качества обработки.Кроме того, генератор обеспечивает получение закаленной площади эа один импульс от долей до нескольких квадратных сантиметров, благодаря выделению значительно большей активной .мощности (порядка мегаватт). 15 Генератор мощных высокочастотныхимпульсов, содержащий источник питания, инвертор на управляемых коммутаторах, собранный по мостовойсхеме, в два плеча которого включе 20 ны конденсаторные батареи, нагрузку, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения мощностии частоты следования импульсов, внего введены накопитель энергии,включенный параллельно инвертору,а также по крайней мере еще одининвертор, включенный параллельнопервому, при этом диагональ каждогоинвертора выполнена в виде проводника-токопровода а в два других плеча каждого инвертора включены подва управляемых коммутатора, последовательно соединенных между собойчерез общую для .всех плеч с коммутаторами нагрузку.35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка Франции У 2296959кл. Н 05 В 9/00, опублик. 03,09.76.2. Авторское свидетельство СССР40 Р 257640, кл. В 23 К 11/00, 22.11.68,853782 ЦЬг Составитель В. ЧижовТехред И. Асталош Редактор Н. 1 о ректор С. Шекма акаэ 569 ное ЛПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 и 32 Тираж 988 ВНИИПИ Государственпо делам иэобрете 113035, Москва, ЖПодпиого комитета СССРий и открытийРауюская наб., д