Источник вторичного электропитания Советский патент 1984 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электро технике и может быть применено для питания установок плазменного напы ления. Известен источник для нанесения тугоплавких материалов, содержащий силовой трансформатор, вьтрямитель ный блок и пуско-регулирующую аппа ратуру. Источник предназначен для питания плазмотрона постоянным током ll . При питании плазмотрона этим ис точником питания не обеспечиваются высокие производительность и качес во нанесения покрытия, так как при питании плазменной дуги только одним постоянным током не обеспечивается достаточная интенсивность передачи тепла от факела плазмы на пыляемьш частицам. Резко возрастае производительность и повышается ка чество наносимого покрытия наложением импульсов напряжения высокой частоты на напряжение основного источника питания при автоматическом поддержании соотношения их ампхштуд во всем диапазоне изменения напряжения на дуге. Известно .также выпрямительное устройство для питания сварочной , дуги, которое может быть использовано для питания плазменной дуги для плазменного напыления и содержит основной выпрямитель с дросселем в цепи выпрямленного тока и вспомогательный вьтрямитель, включенный параллельно основному и питаемый от сети через трансформатор напряжения, в котором с целью свар ки импульсным током в первичную цепь указанного трансформатора включены конденсатор и прерыватель pj . I Однако это устройство не позволяет получить плавнорегулируемой частоты налагаемых импульсов, а также автоматического поддержания соотношения амплитуд напряжения ос новного выпрямителя и накладываемого напряжения во всем диапазоне изменения напряжения на дуге. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является источник питания для установок ионно-плазменного нанесения покрытий, содержалщй основной выпрямитель с дросселем в цепи выпрямленного тока и вспомогательный вьш 922 рямитель, включенный последовательно к основному, в котором с целью наложения импульсов на напряжение основного выпрямителя включен автономньй инвертор З. Однако известное устройство не позволяет автоматически поддерживать неизменности соотношения амплитуд напряжения основного вьтрямителя и накладываемого со стороны высокочастотного инвертора напряжения во всем диапазоне изменения напряжения на нагрузке. Для осуществления поставленной задачи известное устройство должно быть снабжено специальной следящей системой, которая должна измерять выходные напряжения основного вьшрямителя и напряжение инвертора и вырабатывать соответствующий сигнал для изменения надлежащим образом угла отпирания тиристоров вьтрямителя, питающего инвертор. Эта следящая система получается довольно громоздкой, к тому же она срабатывает с определенной -задержкой , т.е. она не в состоянии обеспечить поддержание постоянства соотношения амплитуд в любое время и при любых изменениях напряжения нагрузки. Целью изобретения является упрощение схемы и поддержание постоянства соотношения а1 плитуд импуль сов, накладываемых со стороны упомянутого инвертора высокочастотных импульсов, и величины напряжения основного вьтрямителя. Эта цель достигается тем, что источник вторичного электропитания, содержащий основной вьтрямитель с силовым трансформатором во входной цепи и дросселем в цепи вьшрямленного тока, вспомогательный выпрямитель, питаемый от сети через трансформатор, и инвертор в виде тиристорного моста с конденсатором в цепи переменного тока, снабжен с о гла сующим трансформатором, обратным диодом и разделительным вентилем, причем анод последнего подключен к началу вторичной обмотки согласующего трансформатора и выходному минусовому выводу источника, а его катод - к началу первичой обмотки этого трансформатора, также минусовому вьшоду вспомогательного вьшрямителя и аноду обратого диода, конец вторичной обмот3ки согласующего трансформатора подключен к минусовому выводу основного выпрямителя, а конец первичной обмотки - к катоду обратного диода и плюсовому выводу инвертора, минусовой вывод которого подключен к плюсовому вьшоду вспомогательного выпрямителя. На чертеже приведена принципиаль ная электрическая схема источника питания для плазменного напыления. Предлагаемый источник содержит си вой трансформатор 1 ,основной выпрями |тель 2, вспомогательный вьтрямитель 3, тиристоры основного выпрямителя 4-9, вспомогательный дроссель 10, выходные выводы 11.1 и 11.2, согласующий трансформатор 12 с первичной обмоткой 13. разделительный вентиль 14. тиристоры 15 и 16 первого плеча инвертора 17. конденсатор 18 инвертора 17, тиристоры 19 и 20 второго плеча инвертора 17, вторичную обмотку 21 согласующего трансформатора 12, обратный диод 22, дроссель 23 основного вьтрямителя. Первичные обмотки силового тран форматора 1 подключены к входным выводам А, В, С для подключения их к питающей сети. Одни вторичные об мотки силового трансформатора 1 подключены к входу основного вьтря мителя 2, собранного из тиристоров 4-9 по трехфазной мостовой схеме,. а другие вторичные обмотки силового трансформатора 1 соединены с началами вспомогательного дросселя 10. концы которого соединены с вхо дом вспомогательного вьшрямителя 3 Плюсовой вывод основного выпрям теля соединен с одним концом дросселя основного вьтрямителя 23, вто рой конец которого подключен к одному выходному 11.1 выводу, к плюсовому выводу инвертора 17 и к плюсовому выводу вспомогательного вьтрямителя 3. Минусовой вывод основного выпрямителя 2 подключен к концу вторичной обмотки 21 согла сующего трансформатора 12, а начало последнего - к второму выходному выводу 11.2 и к аноду разделительного вентиля 14, катод которого подключен к минусовому выводу вспомогательного вьтрямителя 3, к началу первичной обмотки 13 согласующего трансформатора 12 и ано2 4 ду обратного диода 22. Катод обратного диода 22 соединен с концом первичной обмотки 13 согласующего трансформатора 12 и минусовому выводу инвертора 17. состоящего из тиристоров 15, 16, 19 и 20, собранного по мостовой схеме и в диагональ переменного тока которого включен конденсатор 18. „ f Горение электрической дуги (.нагрузки 24) плазмотрона плазменного напыления обеспечивается основным вьшрямителем 2, питаемым от силового трансформатора 1. Дроссель основного выпрямителя 23 предназначен для сглаживания пульсаций тока дуги 24. Вспомогательный вьтрямитель 3, также питаемый от силового трансформатора 1, имеет напряжение холостого хода, на 40-50% вьше напряжения холостого хода основного выпpя штeля 2, и служит для возбуждения и поддержания дежурной дуги плазмотрона до его вьгоода на номинальный ток, а также питает инвертор 17. Последний, состоящий из тиристоров 15 и 16 первого плеча, тиристоров 19 и 20 второго плеча и конденсатора 18, предназначен для выработки импульсов регулируемой частоты, накладываемых на напряжение основного выпрямителя 2. Импульсы регулируемой частоты вводятся в плазменную дугу посредством согласзпощего трансформатора 12. При этом получается, что параллельно к вспомогательному вьшрямителю 3 включен последовательньй автономный Инвертор 17 с нагрузкой, первичной обмоткой 13 согласующего трансформатора 12, вторичная обмотка 21 которого включена последовательно в цепь нагрузки 24 и обеспечивает на нагрузке наличие униполярных импульсов, частоту которых определяет частота управляющих импульсов , подаваемых на тиристоры инвертора 17. На случай опрокидывания инвертора 17 по какой-либо причине ток инвертора 17 ограничен дросселем 10. Согласующий трансформатор 12 предназначен для жесткого, сохранения соотношения между величинами напряжения основного выпрямителя и напряжения накладьгоаемых импульсов, и оно определяется коэффициентом трансформации трансформатора.

Обратный вентиль 14 препятствуе перетеканию тока от основного вьтрямиталя 2 к вспомогательному выпрямителю 3, а от вспомогательного к основному нет.

Принцип работы источника питани для плазменного напыления состоит в следующем. При подаче напряжения на силовой трансформатор 1 питание получает основной выпрямитель 2 и вспомогательный выпрямитель 3. Ток и напряжение на выходе основного выпрямителя 2 регулируются тиристорами 4-9.

Ток нагрузки вспомогательного вьтрямителя 3 ограничен дросселем 10 и составляет 5-10% величины тока основного выпрямителя 2. Напряжение холостого хода дополнительного выпрямителя 3 превышает напряжение холостого хода основного выпрямителя 2. По этой причине до тех пор, пока напряжение вспомогательного выпрямителя 3 превьшает напряжение основного выпрямителя 2. основной въшрямитель 2 заперт обратным напряжением вспомогательного выпрямителя 3 и по нагрузке 24 течет ток вспомогательного выпрямителя 3 по цепи плюсовой вывод вспомогательного выпрямителя 3 нагрузка 24 - разделительньй вентиль 14 - минусовой вьшод вспомогательного вьтрямителя 3. При увеличении нагрузки напряжение вспомогательного выпрямителя 3 падает, в работу вступает основной выпрямитель 2 и по нагрузке 24 течет суммарньш ток обоих выпрямителей при равных напряжениях) так как они соединены параллельно.

При одновременной подаче импульсов управления на тиристоры 15 и 1 инвертора 17 они открываются и по цепи плюсовой вывод вспомогательного выпрямителя 3 - тиристор 16 конденсатор 18 - тиристор 15 - первичная обмотка 13 согласующего трансформатора 12 - минусовой вывод вспомогательного выпрямителя 3 течет зарядный ток конденсатора 18. После заряда конденсатора 18 ток прекращается и происходит естественое запирание тиристоров 15 и 16. При подаче импульсов управления одновременно на тиристоры 19 и 20 описанный выше процесс повторяется и теперь уже через тиристоры 19 и

ТОК протекает по цепи плюсовой вывод вспомогательного вьтрямителя . 3 - тиристор 20 - конденсатор 18 тиристор 19 - первичная обмотка 13 согласующего трансформатора 12 минусовой вывод вспомогательного вьтрямителя 3 и конденсатор 18 перезаряжается и т.д.

Таким образом, к первичной обмотке 13 согласующего трансформатора 12 прикладываются униполярные импульсы и в вторичную обмотку 21 согласующего трансформатора 12 трансформирзтотся такие же импульсы, а вторичная обмотка 21 последнего включена последовательно с нагрузкой 24 таким образом, что ее напряжение суммируется с напряжением основного 2 и дополнительного 3 выпрямителей. Длительность накладываемых импульсов определяется постоянной времени L Зге, где г - сопротивление нагрузки 24, приведенное к первичной обмотке согласующего трансформатора, с емкость конденсатора 13. Частота накладываемых импульсов определяется частотой импульсов, подаваемых .на тиристоры 15-16 и 19-20.. Соотношение амплитуд напряжения основного выпрямителя 2 и накладываемых импульсов задается коэффициентом трансформации согласующего трансформатора 12 и не зависит ни от напряжения на нагрузке 24, так как питающее напряжение инвертора 17 равно напряжению нагрузки 24, ни от частоты.

Если по какой-либо причине произойдет опрокидывание инвертора 17, по его тиристорам 15 и 20 или 16 и 19 и первичной обмотке 13 потечет ток короткого замыкания вспомогателного выпрямителя 3 ограниченный дросселем 10 и не превьппаюпщй 10% величины тока основного вьшрямителя 2. Разделительньй вентиль 14 препятствует короткому замыканию основного выпрямителя 2 на опрокинутый инвертор 17. Диод 22 служит для разряда энергии накопленного в первичной обмотке 13 согласующего трансформатора 12 после естественного запирания тиристоров инвертора 17.

Таким образом, в предлагаемом источнике вторичного электропитания поддержание постоянства соотнощения 7 амплитуд накладываемых импульсов со стороны высокочастотного инвертора и величины напряжения основного вьшрямителя во всем диапазоне изменения нагрузки задано параметрически, происходит естественным об разом в любой момент времени и обес печивается внутренними электромагнитными связями элементов устройства. Это в первую очередь обеспечивается тем, что амплитуда накладываемых импульсов зависиф от величины напряжения вспомогательного вьшрямителя, а напряжение вспомогатель ного вьшрямителя 3 зависит от налряжения основного вьшрямителя 4, так Как эти вьшрямители включены параллельно и при этом вспомогател ный вьшрямитель имеет крутую харак 2 теристику, и с изменением напряжения основного вьшрямителя изменяется напряжение вспомогательного вьшрямителя (их напряжения равны друг другу в любое время, так как они включены параллельно). Автоматическое поддержание соотношения амплитуд накладываемых импульсов и величины напряжения во всем диапазоне изменения напряжения на плазменной дуге в процессе работы обеспечивает поддержание соотношения долей энергии, вносимых в нагрев частицы от постоянной составляющей и импульсной составляющей энергии, что улучшает теплообмен, равномерность свойств наносимого покрытия и тем самым улучшает качество покрытия.

ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий основной выпрямитель с силовым трансформатором во входной цепи и с дросселем в цепи вьтрямленного тока, вспомогательный выпрямитель, питаемый от сети через трансформатор, и инвертор в виде тиристорного моста с конденсатором в цепи переменного тока, отличающийся тем, что, с целью упрощения и поддержания постоянства соотношения амплитуд, накладываемых со стороны упомянутого. инвертора высокочастотных импульсов, и величины напряжения основного выпрямителя, он снабжен согласующим трансформатором, обратным диодом и разделительным вентилем, причем анод последнего подключен к началу вторичной обмотки согласующего трансформатора и к минусовому выходному i выводу источника, а его катод - к началу первичной обмотки этого транс(Л форматора , а также минусовому выводу вспомогательного выпрямителя и аноду обратного диода, конец вторичной обмотки согласующего трансформатора подключен к минусовому выводу основного выпрямителя, а конец первичной обмотки - к катоду обсо о ратного диода и. плюсовому вьшоду инвертора, минусовой вывод которого подключен к плюсовому выводу вспомогательного выпрямителя.