УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПЛАЗМОТРОНА Российский патент 1994 года по МПК B23K9/10 B23K10/00 

Изобретение относится к электродуговой обработке, а именно к устройствам автоматического управления и защиты для питания технологических установок плазменной резки, сварки, напыления и других видов обработки изделий и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обработки изделий из металла и других, преимущественно электропроводных материалов.

Целью изобретения является снижение паразитного электромагнитного засорения окружающей среды и повышение электробезопасности путем осуществления возможности автоматического управления при инициации дуги коротким замыканием электрода на изделие.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу.

Устройство автоматического управления и защиты для питания плазмотрона содержит реле 1 тока питания плазмотрона, реле 2 контроля охлаждения, первый элемент 3 И, выходом подсоединенный к выводу 4 включения программы нарастания второй элемент 5 И, выходом подсоединенный к выводу 6 управления силовой коммутацией, элемент 7 ИЛИ. Дополнительно введены датчик 8 короткого замыкания дугового промежутка, элемент 9 задержки отключения и реле 10 напряжения питания плазмотрона, причем выходы реле 1 и реле 10, подсоединены ко входам элемента 3 И, выход которого подсоединен к одному из входов элемента 7 ИЛИ, к другому его входу через элемент 9 подсоединен выход датчика 8, а к выходу элемента 7 ИЛИ подсоединен одним из входов элемент 5 И, другой вход которого подсоединен к выходу реле 2. В источнике 11 питания плазмотрона установлены силовой коммутатор 12 и коммутатор 13 программы нарастания тока плазмотрона.

Элементы 1,3,5,7,9,10,13 могут быть выполнены на основе широко распространенных релейных, электронных схемотехнических решений. Реле 2 может быть выполнено на основе известных пневмо- или гидроконтактных устройств. Датчик 8 может быть выполнен, например, на основе известных схемотехнических приемов тестирования наличия тока маломощного измерительного источника при коротком замыкании дугового промежутка, элемент 9 реализуется на основе электромагнитного реле с нормированным временем отпускания, коммутатор 12 может быть контактно-механическим или тиристорным, в частности, входящим в состав силового выпрямителя источника 11.

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном включении - при нормальном охлаждении принудительно охлаждаемых элементов плазмотрона, а при необходимости источника питания в момент t₁ включается реле 2. При этом элементы 3,5,7 остаются включенными. Из-за отсутствия сигнала на выводе 6 силовое питание отключено и на плазмотрон не подается. Оператор подносит плазмотрон к обрабатываемому изделию и в момент t₂ замыкает дуговой промежуток, например, закорачивая электрод плазмотрона на обрабатываемое изделие. При этом срабатывает датчик 8, по сигналу которого последовательно включаются элементы 9, 7 и 5, вследствие чего по сигналу, подаваемому на ввод 6 включается питание плазмотрона и ток питания, протекая через коротко-замкнутый дуговой промежуток нарастает и в момент t₃ достигает порогового значения I_п, при котором реле 1 срабатывает. Однако элемент 3 при этом остается включенным, поскольку из-за отсутствия напряжения на короткозамкнутом промежутке реле 10 не сработало. Далее оператор отводит плазмотрон от изделия и тем самым в момент t₄ размыкает дуговой промежуток, следствием чего включается датчик 8, а на самом промежутке зажигается дуга, напряжение на которой U_п увеличивается по мере увеличения промежутка в процессе отведения плазмотрона. При размыкании дугового промежутка ток i_п может упасть настолько, что при срабатывании отключится реле 1. Дуга превращается в плазменную вследствие газового обжатия в плазмотроне, ее напряжение еще более увеличивается и при достижении порогового значения U_п включается реле 10, вследствие этого включается и элемент 3. Элемент 3 включает по выводу 4 программу нарастания тока питания, по которой в соответствии с законом программы ток i_п нарастает до установившегося значения I_у. Элемент 9 задерживает сигнал отключения датчика 8 на время Δt₃ , до момента t₆, более позднего, чем момент t₅, в результате сигналы, подаваемые на входы элемента 7, идут с взаимным перекрытием, вследствие чего элемент 7 остается во включенном состоянии и поэтому, пока реле 2 сигнализирует о нормальном охлаждении, элемент 5, воздействуя на ввод 6, поддерживает включенным состояние питания i_п.

Отключение дуги осуществляется оператором за счет увеличения дугового промежутка при отведении плазмотрона от изделия. При определенной величине дугового промежутка напряжение U_п оказывается недостаточным для поддержания дуги и она гаснет. При этом ток i_п становится практически равным нулю в момент t₇. Вследствие этого в момент t₈ отключается реле 1, далее по вводу 6 в момент t₉ отключается напряжение питания U_п. В момент t₁₀ отключают охлаждение.

Помимо описанных функций управления включением и выключением плазменной дуги предлагаемое устройство также обеспечивает ряд защитных функций, как в отношении в электробезопасности оператора, так и в отношении нежелательных режимов работы плазмотрона и источника питания.

Электробезопасность обеспечивается: отсутствием напряжения питания до начала дугообразования, так и сразу же после его окончания, несмотря на принципиальное превышение напряжения возбуждения над напряжением в установившемся режиме, отсутствием требования повышенного напряжения холостого хода к моменту возбуждения дуги в связи с тем, что возбуждение осуществляется касанием, то есть с малыми стартовыми дуговыми промежутками, отсутствием высоковольтного ионизирующего возбуждения.

При отсутствии нормального охлаждения плазмотрона или источника питания срабатывает реле 2, отключающее элемент 5, который вне зависимости от цикла работы отключает питание i_п.

Коммутация программы тока нарастания по выводу 4 увеличивает ресурс катодов и сопел плазмотрона.

Исключено ложное срабатывание системы включения питания при случайных коротких замыканиях элементов плазмотрона или подводящих проводов, поскольку сигнал о формировании дуги вырабатывается лишь при наличии сочетания как тока I_п, так и напряжения U_п.

Устройство также защищает плазмотрон от разрушающего режима работы с предельно короткой дугой, когда плазмотрон находится слишком близко от обрабатываемого изделия. Действительно, при таком нештатном режиме напряжение питания U_п снижается до величины ниже порогового значения U_п, в результате реле 10 отключается и с помощью элементов 3,7,5 блокирует питание.

Аналогично блокируется для защиты плазмотрона питание при слишком долгом (большем величины Δt₃) процессе отведения плазмотрона от изделия. В этом случае момент t₆ наступает раньше момента t₅ и устраняется необходимое для нормального автоматического управления перекрытие сигналов на входах элемента 7, что также приводит к отключению питания.

Устранение режима холостого напряжения, снижение максимального силового напряжения, устранение высоковольтного возбуждения существенно повышают электробезопасность оператора.

Изобретение относится к электродуговой обработке для питания технологических установок плазменной резки, сварки, напыления и других видов обработки и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обработки изделий из металла. Устройство содержит датчик 8 короткого замыкания электродугового промежутка, элемент задержки 9 отключения, реле напряжения 10, реле тока 1 питания плазмотрона и реле контроля охлаждения 2, а также логические элементы. Положительный эффект связан с устранением осциллятора, повышается электробезопасность. 2 ил.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПЛАЗМОТРОНА, содержащее реле тока питания плазмотрона, реле контроля охлаждения, первый элемент И, выходом подсоединенный к выводу включения программы нарастания тока источника питания плазмотрона, второй элемент И, выходом подсоединенный к выводу управления силовой коммутацией источника питания плазмотрона, элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью снижения паразитного электромагнитного засорения окружающей среды и повышения электробезопасности, в устройство дополнительно введены реле напряжения питания плазмотрона и последовательно соединенные датчик короткого замыкания дугового промежутка и элемент задержки, подключенный к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, входы последнего подключены соответственно к реле напряжения и тока питания плазмотрона, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с реле контроля охлаждения.