Министерство образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Выполнили студенты гр. 7А84 Шаненков И. И. Колганова Ю.Л. ­­­­­­_____________________ (подпись) Проверил: Гусев Н.В. _____________________ (подпись)
Томск 2012

Содержание

1. Экспериментальная технологическая установка на основе КМПУ	3
1.1 Экспериментальный стенд на основе емкостного накопителя энергии……………………………………………………………………………...	3
1.2 Емкостной накопитель энергии ……………………………………….	5
1.3 Пульт управления, система синхронизации и регистрации………….	7
1.4 Устройство, принцип действия КМПУ с графитовым ускорительным каналом и экспериментальной технологической установки на его основе	9
1.5 Методика обработки экспериментальных данных……………………	14
2. Исследование влияния шунтирования разряда на электроэрозионный износ ствола коаксиального магнитоплазменного ускорителя……………..	15
Список использованных источников………………………………………...	28

1 Экспериментальная технологическая установка на основе кмпу

1.1 Экспериментальный стенд на основе емкостного накопителя энергии

Экспериментальные исследования по синтезу ультрадисперсных материалов и оптимизации конструктивных и энергетических показателей экспериментальной технологической установки проводились на лабораторном стенде, основанном на мощном емкостном накопителе энергии (ЕНЭ) со следующими энергетическими показателями: максимальное зарядное напряжение U_зар=5,0 кВ, емкость С=28,8 мФ, максимальная накапливаемая энергия W=360 кДж, к шинам которого присоединялся сильноточный импульсный коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ). На рисунке 1.1. приведена упрощенная принципиальная схема стенда, который состоит из следующих основных элементов: 1. высоковольтное зарядное устройство, включающее в себя вводное распределительного устройство, тиристорный регулятор, высоковольтный выпрямитель и блок зарядных сопротивлений; 2. емкостной накопитель энергии (ЕНЭ), 3. разрядный контур, включающий в себя систему коаксиальных кабелей, объединенных четырьмя секциями коллектора, 4. система управления и синхронизации, 5. система электромагнитных и механических блокировок несанкционированного запуска, снятия напряжения при отключении системы и автоматической разрядки в нештатных обстоятельствах.

Секционированный коллектор и индивидуальные блоки управления игнитронами на каждой из четырех секций позволяет питать одну, две или несколько импульсных нагрузок одновременно при подведении к каждой их них энергии до 90 кДж при амплитудном значении тока порядка 100 кА. На рисунке 1.2 в качестве иллюстрации возможностей импульсного источника питания приведены осциллограммы короткого замыкания и холостого хода на шинах разрядного контура.

Рисунок 1.1 - Упрощенная принципиальная электрическая схема стенда

Рисунок 1.2 - Осциллограммы работы ЕНЭ: а) в режиме короткого замыкания, b) в режиме холостого хода

1.2 Емкостной накопитель энергии

Емкостной накопитель энергии ЕНЭ выполнен на импульсных конденсаторах марки ИС5-200 (импульсный конденсатор, изоляция - савол, номинальное напряжение 5 кВ, емкость 200 мкФ). Импульсный источник содержит 144 конденсатора, обеспечивающих накопление энергии до 360 кДж при емкости 28,8 мФ. На рисунке 1.3 приведены фотоснимки основных органов ЕНЭ. Электропитание ЕНЭ осуществляется от фазного напряжения сети промышленной частоты 50 Гц посредством блока питания, состоящего из вводного рубильника, повышающего однофазного трансформатора (1) (рис.1.3 а,b), тиристорного регулятора, однофазного мостового выпрямителя (2) (рис.1.3a,c) и блока зарядных сопротивлений. Разрядный контур ЕНЭ выполнен коаксиальным кабелем марки РК-50-13-17 (рис.1.3а,d). Каждый модуль разряжается по таким кабелям длиной до 2,0 м (5). Разрядный контур накопителя состоит из 48 кабелей (по 2 на один модуль), суммарной индуктивностью L=0,3 мкГн.

1 – повышающий трансформатор, 2 – выпрямитель, 3 – батареи конденсаторов, 4 – блок управления игнитронами, 5 – коаксиальные кабели разрядного контура, 6 – секционированный коллектор.

Рисунок 1.3 - Основные органы емкостного накопителя энергии.

Конденсаторы (3) соединены параллельно по 6 штук в 24 модуля, каждый из которых коммутируется индивидуальным игнитронным ртутным разрядником ИРТ-6. Таким образом, помимо изменения зарядного напряжения накопителя для регулирования величины запасаемой энергии, возможно дискретное изменение емкости батареи с шагом 1,2 мФ. Все модули объединены четырьмя секциями коллектора (6) (рис.1.3d), каждая секция оснащена блоком управления игнитронами (4) (рис.1.3а).

На рисунке 1.4 приведены фотографии лицевой панели ЕНЭ, на которой смонтированы следующие органы: 1 – блок управления игнитронами (БУИ) (отдельные для каждой из четырех секций), который управляет шестью игнитронами 3. Запускающий импульс с амплитудой до 10 кВ подается на каждый игнитронный разрядник через индивидуальный импульсный трансформатор 2, первичные обмотки низкого напряжения которых запитываются от импульсного блока управления игнитронами (БУИ) 1. разброс срабатывания игнитронов не превышает 1,0 мкс, а время срабатывания БУИ составляет около 10,0 мкс. Также на лицевой панели смонтированы коаксиальные кабели разрядного контура 4, омические делители напряжения системы контроля заряда ЕНЭ - 5, механическая блокировка – короткозамыкатель между выводами модулей конденсаторов, срабатывающий при открытии двери в помещение с силовой установкой.

1 – блок управления игнитронами, 2 – импульсный трансформатор, 3 – игнитронный разрядник, 4 – коаксиальный кабель разрядного контура, 5 – омический делитель напряжения, 6 – защитная механическая блокировка, 7 – разрядная цепь схемы запуска.

Рисунок 1.4 - Внешний вид передней панели ЕНЭ: а) передние панели восьми модулей двух различных секций, б) передняя панель одного модуля.

такая схема и компоновка ЕНЭ обеспечивает безопасность и надежность его работы, варьирование параметрами в широком диапазоне изменения емкости и энергии, позволяет осуществлять регулирование амплитуды и длительности импульса тока за счет изменения зарядного напряжения, емкости конденсаторной батареи и последовательного во времени запуска четырех секций, одновременное или сдвинутое во времени питание до 4 нагрузок, многоимпульсное питание одной или нескольких (до 4) нагрузок.