вход Вход Регистрация



4.1 Принцип действия и основные соотношения для однофазного полумостового последовательного инвертора

 

Коммутирующий конденсатор в автономных инверторах может включаться не только параллельно сопротивлению нагрузки, но и последовательно с ним. Схемы автономных инверторов, в которых коммутирующий конденсатор включен последовательно с нагрузкой, называются последовательными инверторами. Вообще говоря, последовательный инвертор может быть собран по любой из известных схем выпрямления, но наибольшее распространение на практике получили однофазные мостовой и полумостовой варианты [3,17]. На рис. 4.1 изображена однофазная полумостовая схема последовательного инвертора.

При включении тиристора VS2 коммутирующая емкость С заряжается с полярностью, обозначенной на рисунке. Обычно в последовательном инверторе процесс заряда емкости носит колебательный характер, и емкость С заряжается до напряжения, не меньшего . При включении тиристора VS1 напряжение коммутирующего конденсатора, суммирующееся с напряжением нижней половины источника питания, прикладывается к нижней половине реактора и вызывает соответствующую ЭДС в верхней половине реактора, которая обеспечивает появление обратного напряжения на выходящем из работы тиристоре. Амплитуда обратного напряжения на вышедшем из работы тиристоре, при достаточно сильной связи между полуобмотками реактора, равна (как будет показано ниже) примерно двойному напряжению на емкости С в момент коммутации. Для анализа электромагнитных процессов в схеме можно использовать допущение о линейности цепи на интервале проводимости одного тиристора [3]. Такой интервал, соответствующий интервалу между моментами переключения силовых полупроводниковых приборов, называется межкоммутационным интервалом. На рис. 4.2 показана эквивалентная схема для межкоммутационного интервала, полученная при допущениях об отсутствии потерь в элементах схемы. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для этой схемы


можно записать:

(4.1)

Дифференцируя правую и левую часть (4.1), получим:

(4.2)

Характеристическое уравнение будет иметь вид:

.

Соответственно, корни характеристического уравнения равны:

(4.3)

В зависимости от соотношения параметров схемы, корни характеристического уравнения могут быть вещественными или комплексно-сопряженными. В соответствии с этим характер процессов в схеме может быть апериодическим или колебательным. Обычно в последовательном инверторе используется колебательный режим, хотя в двухтактных схемах инверторов коммутация возможна и в апериодическом режиме. При работе в колебательном режиме частота собственных колебаний в схеме может быть больше или меньше частоты управляющих импульсов . В первом случае, при w0>, ток в тиристоре спадает до нуля раньше, чем включается следующий тиристор. Кривые токов и напряжений в схеме для этого случая показаны на рис. 4.3. Поскольку ток нагрузки в этом случае носит прерывистый характер, такой режим называют режимом прерывистого тока [3]. Соответственно, при w0<, как показано на рис. 4.4, коммутация происходит при конечном значении тока в схеме. Такой режим работы схемы принято называть режимом непрерывного тока. В этом режиме ток, протекающий, допустим, в верхней полуобмотке реактора, при включении тиристора VS1 весьма быстро переходит (трансформируется) в нижнюю полуобмотку. Скорость этого «скачка» тока определяется коэффициентом связи между полуобмотками реактора, т.е. фактически индуктивностью рассеяния автотрансформатора, образованного полуобмотками коммутирующего реактора. Эта скорость при хорошей связи может быть весьма высокой. Однако, как видно из кривых, приведенных на рис. 4.4, величина скачка тока значительно меньше амплитуды тока нагрузки (а при w0 = он снижается до нуля), что является достоинством схемы, так как условия работы тиристоров облегчаются.

Используя уравнения (4.1) и (4.2), можно, рассчитав процессы в схеме методом припасовывания граничных условий, построить зависимости токов и напряжений в инверторе от параметров нагрузки. Такие вычисления выполнены в [3], причем в качестве обобщенных параметров нагрузки используется коэффициент нагрузки, определяемый соотношением:

(4.4)

где T – период выходного напряжения, определяемый частотой управляющих импульсов.

Результаты расчетов показаны на рис. 4.5.

Анализ приведенных кривых показывает, что наиболее приемлемым режимом работы инвертора является резонансный режим при w0 » . Действительно, увеличение отношения ведет к увеличению времени запирания тиристора, но при этом ухудшается форма выходного напряжения и затрудняется получение значительной мощности, поскольку становится трудно обеспечить колебательный характер процессов в схеме (вследствие того, что уменьшается L).

При работе в режиме непрерывного тока, когда >1 резко сокращается диапазон допустимых значений К, с одной стороны, из-за уменьшения времени запирания, а с другой стороны, по причине резкого возрастания обратного напряжения на тиристорах и напряжения на коммутирующем конденсаторе.

Обращает на себя внимание своеобразная "зеркальность" свойств последовательного инвертора по сравнению с параллельным: при уменьшении сопротивления нагрузки (и росте тока нагрузки) время запирания, напряжения на тиристорах и конденсаторе увеличиваются. В пределе, при коротком замыкании в нагрузке, последовательный инвертор полностью идентичен параллельному инвертору в режиме холостого хода.

Таким образом, сопоставляя свойства параллельного и последовательного инверторов, можно отметить, что основными


достоинствами последовательного инвертора являются жесткость внешней характеристики и более благоприятные условия работы тиристоров, а основным недостатком – значительно более узкий диапазон нагрузок. На практике, применение рассматриваемой схемы удобно лишь в тех случаях, когда параметры нагрузки мало меняются в процессе работы преобразователя.

 

Случайные новости

2.3 Ниобий

Применение. Ниобий имеет ряд исключительно ценных свойств, которые определяют области его применения, в которых он часто есть незаменимым. Ниобий отличается высокой температурой плавления, пластичностью, способностью легко подвергаться обработке давкой при комнатной температуре, доброй свариваемостью, сохранением высоких прочностей свойств при повышенных температурах, высокой коррозийной стойкостью, способностью образовывать сплавы с другими тугоплавкими металлами. В данное время наблюдается беспрерывный рост потребления необиевой продукции в разных областях новой техники, где ниобий находит применение как в металлическом виде, так и в виде соединений.

Основной сферой применения ниобия, которая потребляет в разных странах от 70 до 90 % металла, есть легирование сталей. Ниобий вводится в постоянные в виде феррониобия, ниобиосодержащих ферросплавов и лигатур. Преимущественно ниобий используется в производстве углеродных, низколегированных и конструкционных высокопрочных сталей, которые применяются для изготовления нефть- и газотрубопроводов большого диаметру, мачт высоковольтных передач и в автомобилестроении. Ниобий улучшает свариваемость, повышает зносо- и кислотостойкость этих сталей.

Добавка ниобия, который в 6…10 раз превышает содержимое углерода в постоянные, отстраняет межкистальную коррозию и оберегает сварные узлы от разрушения. Нержавеющей стали, что содержат ниобий, широко применяются при изготовлении химической и нефтеперегонной аппаратуры.

Жаропрочные стали с 1,5 % ниобия служат для изготовления деталей реактивных двигателей самолетов и ракет.

Сдача количества ниобия используется для производства полуфабрикатов и изделий из чистого ниобия, жаропрочных, сверхпроводящих, специальных сплавов на его основе и на другие цели. В электронной промышленности ниобий применяется для изготовления деталей радиотехнической, радиолокации и рентгеновской аппаратуры, элементов электровакуумных и электротехнических устройств: анодов, сеток, катодов, искровых предохранителей, „горячей” арматуры, криотронов, электролитических конденсаторов и выпрямителей. В химическом машиностроении ниобий применяется для изготовления деталей оборудования, которое работает в производстве сильно агрессивных веществ, таких, например, как соляная и азотная кислоты.

Сплавы ниобия с молибденом, вольфрамом, цирконием, титаном, ванадием и другими элементами жаропрочными (σВ = 450…500 МПа при 1100 ос), чем никелю и кобальту, и пластичными, чем вольфраму и молибдену, однако при температуре выше 400 ос интенсивно окисляются, поэтому используются только с защитными покрытиями. Изделия из этих сплавов применяются в ракетной, космической и авиационной технике. Необиевые сплавы заметно превосходят хастэлою за стойкостью в кислотах, которые не имеют окислительных свойств, имеют малые поглощения тепловых нейтронов. Важной сферой применения ниобия становится атомная энергетика, в которой ниобий может использоваться и как конструкционный, и легирующий. Так, из ниобия и его сплава с цирконием изготовляют оболочки для урановых тепловыделяющих элементов, а легирование урана ниобием повышает „живучесть” таких элементов.

Ниобий - один из основных металлов, которые используются для получения сверхпроводящими материалов. Сверхпроводнику сплавы ниобия, которые содержат 25...35 % циркония, а также интерметалиды Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Ga, Nb3Ge, Nb3Si применяются для создания могущественных малогабаритных электромагнитов, обмоток соленоидов и кабелей сверхпроводящих устройств. В СССР был разработан образ изготовления сверхпроводящего провода из сплава ниобий - титан с медным покрытием.

Ниобий легирующий применяется в производстве сплавов для постоянных магнитов (0,15…1,1 % ниобия), жаропрочных суперсплавов на никелевой основе (0,3…2,0 % ниобия) для газовых турбин, сверхпроводящих, коррозиестойких сплавов и других.

Самое большое применение среди соединений ниобия находит Nb2O5. Высший оксид ниобия с низким содержимым примесей используется в производстве высокопрочных оптических стекол, употребляемых в волоконно-оптических системах, сегнето- и пьезокерамических материалов (например, ниобаты свинца и магния Pb2Nb2O7 и Pb3Mgnb2O9) для електро- и радиотехников, ниобата лития для нужд квантовой электроники.

В производстве твердых сплавов и нагревателей печей применяется карбид ниобия. Диселенид и дисульфид ниобия, как твердые смазочные масла, позволяют создать антифрикционные материалы с высокими свойствами. Галогениды ниобия используются для нанесения ниобиевых покрытий на изделия и синтеза интерметаллидов со специальными свойствами. В производстве жаропрочных и износоустойчивых сплавов применяют борид и карбонитриды ниобия. Все большее применение находят соединение ниобия в производстве катализаторов.

 

Характеристика ниобиосодержащих отходов. На всех металлургических переделах предприятий, которые выпускают ниобий и его сплавы, образовываются отходы. В первую очередь, это - отсев порошков, неиспеченные конце и недостаток штабиков, куски слитков. Низкокачественными отходами являются перегоны, которые образовываются при алюмотермическом восстановлении ниобия. Они содержат 8…10 % ниобия в виде Nb2O5.

При обработке давкой штабиков и слитков коэффициент использования металла (КВМ) составляет 0,55 ± 0,15, другое идет в отходы. Эта группа отходов представлена недостатком полуфабрикатов, кусками поковок и пластин, обрезки труб, писем, лент, прутков, полос, провода, фольги.

Отходы образовываются и на предприятиях, которые потребляют Необиевые полуфабрикаты для изготовления с них изделий. Здесь, кроме вышеперечисленных, попадаются в отходы стружка, контрольные образцы, пресс - остатки, высекание, виштамповка, бракованные приборы и детали. Такие отходы могут использоваться вместо первичного ниобия, как лигатура.

Все эти отходы в тому или другой степени окислены, загрязненные маслом, графитовым смазочным маслом, эмульсиями, засоренные абразивным материалом.

В сфере применения ниобиосодержащих материалов образовываются отходы, как недостаток продукции, и амортизационный лом, представленный изделиями, которые отслужили свой срок, из ниобия или что содержат его. С недостатком приборов и изделий попадается в отходы больше 8 % потребляемого ниобия.

Высококачественным и наиболее удобным для переработки есть лом изделий и деталей, изготовленных из чистого ниобия или его сплавов. Такое вторичное сырье образовывается у производителей и потребителей продукции химического, электронного и других областей машиностроения.

Ниобиосодержащих вторичным сырьем есть лом и отходы разных марок ниобиосодержащих сталей, жаропрочных сплавов на основе никеля, сверхпроводящих и сплавов для постоянных магнитов, которые содержат ниобий. Вытягивание ниобия из лома ниобиосодержащих сталей и жаропрочных сплавов в данное время не проводится, поскольку экономически не оправдано. Не вытягивается ниобий и из лома и отходов сплавов для постоянных магнитов; бракованные изделия используются в шихте, как возвращение, а из шлаков, пыли, крошки, который образовывается при производстве этих сплавов, вытягиваются только никель и кобальт.

Значительным источником вторичной ниобиосодержащее сырье есть отходы производства и лом конденсаторов с ниобиевым анодом. Коэффициент использования металла (ниобия и тантала) при изготовлении конденсаторов составляет 0,6 ± 0,2, сдача металла идет в отходы, которые представлены отсевом порошку и недостатком анодов и самых конденсаторов. В состав конденсаторов и, соответственно, их отходов, кроме ниобия, Содержимое которого составляет от 8 до 37,5 % по массе, входят и другие металлы %: 2…4,5 тантал, 4…12,7 никель, 14…36 медь, 18,8...26,6 железо, 4…12 диоксид марганца, припой ПОС, а также стекло, фторпласт, графит. Конденсаторные отходы относятся к категории сложных.

В твердосплавной промышленности образовываются отходы и лом в виде недостатка и переточенных и непереточенных пластин, которые отслужили к нормы износа, в состав которых входят ниобий и тантал в виде карбидов.

Общее количество ниобиосодержащих отходов, пригодных для переработки на разные виды товарной ниобиевой продукции, при четкой организации собирания, хранение и сдача отходов будет составлять ~ 25 % от потребляемого металлического ниобия и его сплавов.

 

Классификация ниобиосодержащих отходов. Необиевые лом и отходы классифицируются согласно ТУ 48-4-302-81 „Отходы металлического ниобия и сплавов на его основе”. Технические условия распространения на отходы и лом ниобия, сплавов на его основе и ниобисодержащие изделия, предназначенные для переработки на ниобий, сплавы на его основе и пентаоксид ниобия. Они составлены согласно требованиям ГОСТ 1639-93 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» и включают отходы класса А „Лом, куску и другие отходы ниобия и его сплавов”. В этом классе выделенные две группы: группа I „Ниобий нелегированный” (один сорт) и группа II „Ниобий и его сплавы” (четыре сорта). Деление лома и отходов на группы и сорта, характеристика и технические требования к ним должны отвечать данным, указанным в табл. 3.

 

Таблица 3 - Характеристика и технические требования к отходам металлического ниобия и сплавов на его основе

 

Сорт Характеристика Технические требования Норма
Класс А. Лом, куску и другие отходы ниобия и его сплавов
Группа I. Ниобий (нелегированный)
1 Лом и кусковые отходы, не засоренные другими металлами и материалами, уволенный от масла, в частности: куски слитков, поковок, пластин, штабиков, прутков, недостаток полуфабрикатов, обрезки труб, писем, лент, провода, фольги, контрольные образцы, узлы и детали приборов, машин, высекание Содержимое ниобия %, не меньше

 

Содержимое % не больше: тантала

вольфрама

молибдена

циркония

титана

алюминия

железа

кремния

Масса отдельных кусков, г, не меньше

 

99

 

 

0,4

0,15

0,15

0,15

0,1

0,15

0,08

0,04

 

 

8

Группа II. Ниобий и его сплавы
1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

4

Лом, куску и другие отходы, не засоренные другими металлами и материалами, окисленный, уволенный от масла, в частности: куски слитков, поковок, пластин, штабиков, прутков, недостаток полуфабрикатов, утяжные концы, обрезки труб, писем, лент, провода, фольги, контрольные образцы, узлы и детали приборов, машин, высекание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стружка и мелкая обрезки фольги.

Мелкие фракции ниобиевого порошку после отдування

 

 

Лом, куску и другие отходы, указанные в 1-му сорте, засоренный металлическими и неметаллическими примесями, окисленные, кроме того, пыли отходы (конденсат, высев), пилюли и аноды ниобиевых конденсаторов

Лом, куску и другие отходы, указанные в 1-му и 2-му сортах, сверхпроводящих сплавов

Отходы ниобиевых конденсаторов, в частности: пилюли и аноды ниобиевых конденсаторов;

бракованные конденсаторы пятого габарита;

 

бракованные конденсаторы четвертого и третьего габаритов;

 

бракованные конденсаторы второго и первого габаритов.

Содержимое ниобия %, не меньше

 

Содержимое %, не больше: вольфрама

молибдена

циркония

титана

алюминия

железа

кремния

Масса отдельных кусков, г, не меньше

Розсипом.

Крупная порошку, мкм, менее

Содержимое ниобия %, не меньше

 

 

Содержимое ниобия %, не меньше

Содержимое ниобия %, не меньше

Содержимое ниобия %, не меньше

Содержимое ниобия %, не меньше

Содержимое ниобия %, не меньше

 

90

 

 

10

5

2,5

0,1

0,15

0,08

0,04

 

 

8

 

 

 

10

 

80

 

 

 

50

 

40

 

35

 

23

 

8

 

 

Пентаоксид ниобия, полученный из отходов и предназначенный для производства ферросплавов, должен отвечать требованиям ТУ 48-3821-23-80 по Содержимому контролируемых примесей %: сумма Nb2O5 и Ta2O5 - не меньше 60,0; Al2O3 - не больше 20,0; Tio2 - не больше 1,0; Sio2 - не больше 0,5; фосфор - не больше 0,2; сера - не больше 0,1; углерод - не больше 0,1; Fe2O3 - не ограничивается. Перед снабжением потребителю пентаоксид ниобия должен быть прожаренный при температуре не меньше 800 ос и измельченный к крупной меньше 2, 8 мм.

Собирание, хранение и сдача вторичной ниобиосодержащего сырья. Важным резервом увеличения количества и улучшение качества вторичного ниобиевой сырья есть организация максимально полного собирания, тщательного хранения и учета ниобиосодержащих отходов. С этой целью разработанные „Порядок собирания и сдача отходов металлического ниобия и сплавов на его основе” и прочие, дополняя его документы.

Согласно ним, в целях строго контроля за расходованием ниобия, предприятия цветной и черной металлургии, авиационной, электротехнической и электронной промышленности, разных областей машиностроения, потребляющих ниобиевую продукцию, должны обеспечить:

- ответственность за собирания, хранение и учет отходов, которые образовываются;

- полное собирание всех видов ниобиевых отходов, которые образовываются на технологических операциях и операциях контроля, строго по маркам металла и сплавов согласно требованиям ТУ 48-4-302-81;

- своевременная сдача ниобиевых отходов согласно установленному плану. План сдачи ниобиевых отходов по сортам и видам и ритмичность снабжений устанавливается предприятиям-потребителям ниобиевой продукции на основании норм возвращения ниобиевых отходов.

Предприятия-Поставщики отходов обязанные не допускать их дополнительного засорения во время хранения, подвергать отходы предыдущей обработке, классифицировать их ТУ 48-4-302-81 и устанавливать предыдущую сортность отходов.

Окончательную сортность отходов устанавливают предприятия-потребители после металлургической переработки отходов по результатам анализа, который служит основанием для составления приемо-сдаточного акта.

 

Первичная обработка отходов. Технологии переработки отходов металлического ниобия и его сплавов, которые содержат 99, 90, 80 и 50 % ниобия, объединяет первая операция - гидрирование с дальнейшим измельчением, усреднением гидрида ниобия в смесителях и отбором пробы на анализ. По результатам анализа выбирается дальнейшее направление переработки порошковидного материала на товарную продукцию в виде штабиков чистого ниобия, слитков сплавов, лигатур, феррониобия или пентаоксида ниобия.

Перед гидрированием проводят сортировку отходов формой, массе, засоренности и, желательно, по маркам сплавов. Потом отходы очищают от смазочного масла, эмульсий и других органических примесей. Эту операцию можно проводить термическим (отпал) или гидрохимичеським образами. В последнем случае отходы обрабатывают в 5…40 % - их водных растворах лугов Naoh или KOH при температуре 80...95 ос на протяжении 0,5...2 ч. Отмывания проводится сначала в технической горячей (50…70 ос) воде (возможно подкисление 5 % - ной соляной кислотой), а потом - в дистилированной воде. Сушка отходов осуществляется при температуре 100…120 ос на протяжении 1 ч.

Отмытые стружку и тонколистовые отходы подвергают брикетированию на гидравлическом прессе усилием 100 т с получением брикетов диаметром 100… 150 мм, высотой 100… 120 мм и массой 6…10 кг

При гидрометаллургической переработке конденсаторных отходов предыдущие операции состоят в раскрытии корпусов конденсаторов и галтовке нерастворенного остатка (анодов).

Для растворения стальных корпусов конденсаторов используют водный раствор, который содержит 20...30 % серной кислоты и 7…10 % калиевой селитры. Процесс проводят в гуммированной стальной ванные при температуре 80…100 ос. Продолжительность операции при загрузке 35…50 кг отходов составляет 3…5 ч. Нерастворенный остаток промывают водой и потом подсушивают, после чего подвергают галтовке.

Галтовку анодов, изготовленных прессованием ниобиевого конденсаторного порошку, осуществляют в валковой барабанной мельнице (диаметр барабана 500 мм, диаметр стальных шаров 15… 20 мм) с целью удаления пласта коллоидного графита, нанесенного на анод, а также для измельчения стеклянных и фарфоровых изоляторов, укрепленных на танталовом выводе анода. При соотношении загрузки 20 кг анодов и 20 кг сноп (1:1) продолжительность этой операции составляет 0,5…1 ч.

Продукты галтовки рассеивают на сытые с сердцевиной 3 мм. Фракцию - 3 мм (графит и измельчены стеклянные и фарфоровые кольца) удаляют, а фракцию + 3 мм (аноды) подвергают щелочной обработке.

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру