Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки Советский патент 1988 года по МПК B23K9/00 

со

QD

00 tsP

1

Изобретение относится к резке металлов и может быть использовано при проектировании источников питания плазменно-дуговых установок.

Целью изобретения является улучшение условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный рехшм работы, а также снижение массогабаритных показателей устройства.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эквивалентная однофазная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - внешняя вольт-амперная характеристика плазменно-дуговой установки.

Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки постоянного тока содержит (фиг. 1) индуктивно-емкостный стабилизатор 1 тока, выполненный по Т-образной схеме со взаимоиндуктивными связями, вход которого соединен с питающей сетью 2, а к выходу через силовой трансформатор 3 подсоединен выпрямитель 4. Выходные клеммы выпрямителя 4 соединены с катодом 5 и анодом 6 плазмотрона. Устройство содержит возбудитель 7 дуги, выход которого соединен с катодом 5 |и соплом 8 плазмотрона. Дроссели ин- |дуктивно-емкостного стабилизатора 1 |тока содержат общую обмотку 9 под- магничивания, соединенную с регулятором 10 тока подмагничивания. Цепи, ;включающие конденсаторы индуктивно- leMKocTHoro стабилизатора 1 тока, (Содержат с.иловые коммутаторы 11-13, выполненные, например, в виде встреч- новключенных силовых тиристоров, управляющие цепи которых соединены с компаратором 14, выход которого соединен с датчиком 15 тока, включенным в выходной цепи выпрямителя 4.

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства к питающей сети 2 напряжение прикладывается через дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока,к трансформатору 3 и далее к выпрямителю 4, катоду 5 и аноду 6 плазмотрона. Возбудитель 7 дуги инициирует пробой воздушного промежутка между катодом 5 и. соплом 8, при этом возникает Вспомогательная дуга, которая выдувается из сопла 8 плазмообразующим газом и, касаясь анода 6, замыкает Электрическую цепь для горения основ10

15

1391820 i

ной дуги, в начальный момент времени величина тока основной дуги значительно меньше номинального значения, так как ток обмотки подмагничивания 9 при подключении плазменно-дуговой установки к питающей сети 2 задается равным нулю, следовательно, реактивное сопротивление дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока имеет максимальное значение, кроме того, силовые коммутаторы 11- 13 разомкнуты, что обеспечивает отключение конденсаторов индуктивно- емкостного стабилизатора 1 тока от установки и, тем самым, еще большее ограничение пускового тока по амплитуде. Для аналитического доказательства предлагаемого структурного ограничения пускового тока плазменно- дуговой установки рассмотрим эквивалентную однофазную схему предлагаемого устройства,(фиг. 2), на которой питающая сеть представлена в виде напряжения Ug, Х - индуктивные сопротивления дросселей индуктивно- емкостного стабилизатора 1 тока, Хс - емкостное сопротивление конденсатора индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока, Z - приведенное к первичной обмотке трансформатора 3 сопротивления нагрузки. Ток нагрузки в представленной схеме определяется вьфажением

-UBX (Хс+Х) .

I )

Z H()+J (Хц-Хс) -j (Хс+Х„)

20

25

30

35

где

XM40

45

50

55

величина реактивного сопротивления, определяемого взаимоиндуктивными связями обмоток дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока.

При изменении тока обмотки 9 подмагничивания от нуля до максимального значения величина индуктивного сопротивления дросселей может изменяться в 3-4 раза. В предлагаемом устройстве дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока настраиваются в резонанс с конденсаторами на частоту питающей сети при максимальном токе подмагничивания. Следовательно, при отсутствии тока подмагничивания реактивное сопротивление Хц превышает Х в 3-4 раза и в общем случае справедливо выражение X L kXp, где k может принимать значегде

XM0

5

0

5

величина реактивного сопротивления, определяемого взаимоиндуктивными связями обмоток дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока.

При изменении тока обмотки 9 подмагничивания от нуля до максимального значения величина индуктивного сопротивления дросселей может изменяться в 3-4 раза. В предлагаемом устройстве дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока настраиваются в резонанс с конденсаторами на частоту питающей сети при максимальном токе подмагничивания. Следовательно, при отсутствии тока подмагничивания реактивное сопротивление Хц превышает Х в 3-4 раза и в общем случае справедливо выражение X L kXp, где k может принимать значе3139

ния 1-4, Учитывая, что Хц kjeXj, где kj.g - коэффициент взаимоиндуктйв- ной связи между дросселями индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока и приняв X J- X, выражение для тока нагрузки в приведенной схеме (фиг. 2) примет вид

-0,,( + 1)

ВТ CB

1«

z;(k-i)-jx()2-(k-i)0

При отсутствии конденсаторов индуктивно-емкостного стабилизатора тока в схеме, приведенной на фиг. 2, и с учетом введенных соотношений между Хц, X 1 и Х(-, выражение для тока нагрузки примет вид

Таким образом, из приведенного анализа следует, что в начальный момент запуска плазменно-дуговой установки, при отсутствии тока в обмотке 9 подмагничивания и при отключенных конденсаторах индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока величина пускового тока основной плазменной дуги в 6-7 раз меньше номинального значения.

Далее запуск плазменно-дуговой установки происходит следующим образом.

Регулятор 10 тока подмагничивания, который выполнен, например, в виде магнитного усилителя, с любой наперед заданной скоростью нарастания увеличивает от нуля до максимального зна

Изобретение относится к резке металлов и может быть использовано при проектировании источников питания плазменно-дуговых установок. Цель - улучшение условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим работы, а также снижение мас- согабаритньгх показателей устройства. Устройство содержит индуктивно-емкостный стабилизатор тока (ИЕСТ), к |выходу которого через силовой транс форматор подсоединены выпрямитель и возбудитель дуги. Дроссели ИЕСТ содержат общую обмотку подмагничива- ния. Конденсаторы ИЕСТ включены через силовые коммутаторы, управляемые компаратором. Вход последнего соединен с датчиком тока, включенным в выходную цепь выпрямителя. После подключения устройства к питающей сети возбудитель дуги инициирует дугу в плазмотроне. Увеличивая ток в обмотке подмагничивания, обеспечивают плавное нарастание тока основной дуги. При достижении номинального значения тока на выходе компаратора появляется испульс управления, открывающий силовые коммутаторы, которые включают конденсаторы ИЕСТ в схему установки. Устройство переходит в рабочий режим. 3 ил. I (Л

v

О

ех

. г „ + jx(2k,,k + 2k)

Домножив и разделив приведенное выражение на величину -(kcg k+.li) и произведя алгебраические преобразования, определяем разность между абсолютными значениями д ействитель- ных частей комплексного вида знаменателей для выражений, определяющих ток нагрузки в схеме без конденсатора и в схеме индуктивно-емкостного стабилизатора тока, содержащего конденсатор (фиг. 2). Разность составляет величину

ЛЕр ZH k -(kcB + 1) .

Разность между абсолютными значениями мнимых частей соответствующих выражений определяется величиной

&1 (kc8 + 1)2.

Приведенные разности при любых реальных значениях коэффициента взаимоиндуктивной связи являются положи- тельньми величинами, следовательно, модуль комплексного знаменателя выражения для тока нагрузки в схеме без конденсатора больше модуля знаменателя выражения для тока нагрузки индуктивно-емкостного стабилизатора тока с конденсатором (фиг. 2). Тогда модуль тока нагрузки в схеме без конденсатора меньше модуля тока нагрузки для схемь с конденсатором. Увеличение k приводит к еще большему ) уменьшению тока нагрузки в обеих схемах.

0

0

5

0

5

чения ток в обмотке 9 подмагничива ния, тем самым о.беспечивается плавное уменьшение реактивного сопротивления дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока и, следовательно,

5 плавное нарастание тока основной дуги. Заданная скорость нарастания определяется регулируемыми времяза- дающими R-L-цепями, влияющими на изменение величины тока управления

Q магнитного усилителя. Сигнал, снимаемый с датчика 15 тока, сравнивается с заданным сигналом, соответствующим нo fflнaльнoмy току основной дуги, в компараторе 14, и при равенстве текущего и заданного сигналов вьфа- батывается управляющий импульс, открывающий силовые коммутаторы 11-13, тем самым в схему устройства включаются конденсаторы индуктивно-емкостного стабилизатора тока, настроенные в резонанс с дросселями при максимальном токе подмагничивания на частоте сети.

Таким образом, внешняя вольт-амперная характеристика плазменно-дуговой установки является комбинированной (фиг. 3). При запуске установки ток основной дуги плавно нарастает и участок вольт-амперной характеристики близок к характеристике источника напряжения (участок 1 на фиг. 3). При достижении тока основной дуги плазмотрона заданного номинального значения устройство, благодаря подключению конденсаторов, переходит в режим индуктивно-емкостного преобразования. В этом режиме , работы установка имеет вольт-амперную характеристику, близкую к характеристике источника тока (участок 2 на фиг. 3), что способствует устой- горению плазменной дуги.

Предлагаемая установка обеспечивает улучшение условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим работы, а также снижение массы и габаритов устройства в целом по сравнению с прототипом. Это достигается за счет структурно-параметрического ограничения пускового тока основной дуги, плавного нарастания тока основной дуги до номинального значения с любой наперед заданной скоростью, а также за счет исключения из схемы установки дополнительной обмотки силового трансформатора, пускового конденсатора и разрядного балластног сопротивления. Обеспечивается повы- шение долговечности элементов плазменной горелки в 1,5-2 раза, кроме того, устройство приобретает универсальность, так как позволяет применять различные конструкции плазмотро нов, требующих выбора оптимальной скорости нарастания пускового тока и работающих в составе плазменно-ду- говой установки.

Q 0 5

5

Формула изобретения

Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки, содержащее индуктивно-емкостный стабилизатор тока, к выходу которого через силовой трансформатор подсоединен выпрямитель, подключенный выходом к злектродам плазматрона, и возбудитель дуги, выход которого соединен с катодом и соплом плазмотрона, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим работы, а также снижения массы и габаритов устройства, в него введены силовые коммутаторы, датчик тока, компаратор и обмотка подмагничива- ния дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока с регулятором тока, при этом датчик тока включен в выходную цепь выпрямителя и соединен с входом компаратора, а выход его соединен с управляющими цепями силовых коммутаторов, включенных последовательно с конденсатора-ми индуктивно-емкостного стабилизатора тока.

.

XL

g

Фиг, 2

Фиг.З