Устройство для зажигания и питания плазменной дуги Советский патент 1989 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам с характерной дуговой нагрузкой, и может найти применение во всех областях техники и технологии, где применяются плазмотроны, в частности в установках для плазменной резки металла.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик плазменной дуги, энергетических и массогабаритнь1х показателей устройства.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Состояние аналоговых ключей, компараторов и кнопки пуска в зависимости от режима работы устройства приведено в таблице.

Устройство содержит силовой трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена через неуправляемый выпрямитель 2,

содержащий в выходной цепи датчик 3 тока и сглаживающий дроссель 4, с электродами плазменной горелки 5, к катоду 6 и соплу 7 которой подключен осциллятор 8. Между питающей сетью 9 и первичной обмоткой силового трансформатора 1 включены встречно-параллельно пары тиристоров 10. Устройство содержит также зарядную RC- цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора 11, конденсатора 12 и аналогового ключа 13. Параллельно конденсатору 12 подсоединен второй аналоговый ключ 14, а точка соединения резистора 11 и конденсатора 12 подключена к одному из входов устройства 15 сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика 3 тока, а выход - с блоком 16 фазового сдвига через третий аналоговый ключ 17, при этом выходные клеммы блока 16 фазового сдвига подключены к управляюсл

о сд

щим электродам встречно-включенных пар тиристоров 10.

Установка содержит устройство 18 блокировки фазового сдвига, которое через аналоговый ключ 19 подключено к блоку 16 фазового сдвига, а также блок 20 управле- ния работой установки, который включает три компаратора 21-23, демультиплексор 24, шифратор 25 и три логических элемента 2И 26-28. Выход датчика 3 тока соединен

через него минимального тока плазменной дуги, изменяет свое состояние второй компаратор 22 и комбинация потенциалов на выходе шифратора 25 блока 20 управления изменяется. В этом состоянии включен только аналоговый ключ 19, который подключает к блоку 16 фазового сдвига устройство 18 блокировки фазового сдвига.

Таким образом, к управляющим электрос прямым входом компаратора 21, к инверс- tO дам встречно-включенных тиристоров 10 ному входу которого, а также прямому входу компаратора 22 прикладывается опорное напряжение UMHH, равное по величине падению напряжения на датчике 3 тока при протекании через него минимального тока с приложено максимальное напряжение холос- плазменной дуги. Инвентирующие входы ком- того хода установки. После пробоя воздуш- параторов 22 и 23 подключены к точке

прикладываются импульсы, синхронизированные с моментом перехода через нуль напряжения питаюш.ей сети 9, следовательно, к электродам плазменной горелки 5

и iici подключены к соединения резистора 11 и конденсатора 12 зарядной RC-цепи, а к прямому входу компаратора 23 прикладывается опорное напряжение ий, равное по величине падению напряжения на датчике 3 тока при протекании через него номинального тока плазменной дуги. Выходы каждого из трех компараторов 21-23 соединены соответственно с входами логических элементов 2И 26-28, вторые входы которых объединены и подключены к точке соединения кнопки 29 пуска и первого токоограничительного резистора 30 а выходы - к адресным шинам Х|, Х2, Хз демультиплексора 24. Вход де.мультиплексоного промежутка осциллятором 8 между катодом 6 и соплом 7 возникает дуга, которая выдувается плазмообразующим газом из плазменной горелки и замыкает цепь 20 основной дуги плазмотрона. При достижении токоплазменной дуги минимального значения, при котором ее горение устойчиво, изменяет свое состояние первый компаратор 21, ив результате блок 20 управления закрывает аналоговый ключ 19, отключив устройство 18 блокировки фазового сдвига, открывает аналоговый ключ 13, продолжая заряд конденсатора 12, и открывает аналоговый ключ 17, подключая устройство 15 сравнения к блоку 16 фазового сдвига.

25

35

ра 24 через токоограничительный резистор 31 зо результате переключений угол открывания

тиристоров 10 уменьшается до величины, при которой ток плазменной дуги минимален. В дальнейшем происходит плавное нарастание угла открывания тиристоров 10 с заданной постоянной времени RC-цепи. Одновременно с нарастанием тока плазменной дуги осуществляется его стабилизаци я. При достижении током плазменной дуги номинального значения изменяет свое состояние, по сравнению с предыдущим, компаратор 23. В результате остается включенным только аналоговый ключ 17 и устройство питает плазменную дугу стабильным током. Выключение установки осуществляется замыканием пусковой кнопки 29. При этом к одному из входов каждого логического элемента 2И .г 26-28 приложен потенциал нулевого уровня, который закрывает их. На адресные шины демультиплексора 24 поступают логические нули, независимо от состояния компараторов 21-23. В результате блок 20 управления выключает все аналоговые ключи, кросоединен с точкой положительного потенциала источника питания блока управления и резистором 30, а выходы подключены к входам п ифратора 25, четыре выхода которого подключены соответственно к управляющим электродам четырех аналоговых ключей 13, 14, 17 и 19.

Устройство работает следующим образом.

При на жатии кнопки 29 пуска к одному из входов каждого логического элемента 2И 26-28 через токоограничительный резистор 30 прикладывается сигнал положительного уровня. К входу демультиплексора 24 через токоограничительный резистор 31 также прикладывается положительный потенциал, а на его адресные шины Xi, Х2, Хз через элементы 26-28 с выходов компараторов 21-23 поступает комбинация сигналов высокого и низкого уровней, которая определяется величиной напряжения на зарядном конденсаторе 12, а также величиной тока плазменной дуги. В начальный мо40

мент пуска напряжение на конденсаторе 12 50 - Р который разряжается конден- и ток плазменной дуги равны нулю. Соот-сатор 12.

ветствующая информация на выходах комТаким образом, установка гграктически

параторов преобразуется демульти- плексором 24 и шифратором 25 в комбинацию управляющих сигналов, благодаря которым открывается первый аналоговый ключ 13 и начинается заряд конденсатора 12. При достижении на конденсаторе 12 величины напряжения, равной падению напряжения на датчике 3 тока при протекании

мгновенно будет готова к последующему запуску, который возможен при размыка- 55 НИИ пусковой кнопки 29. В случае внезапного погасания плазменной дуги в процессе работы устройства из-за значительных флуктуации плазмообразующего газа или по другим причинам на выходе всех трех компарачерез него минимального тока плазменной дуги, изменяет свое состояние второй компаратор 22 и комбинация потенциалов на выходе шифратора 25 блока 20 управления изменяется. В этом состоянии включен только аналоговый ключ 19, который подключает к блоку 16 фазового сдвига устройство 18 блокировки фазового сдвига.

Таким образом, к управляющим электро дам встречно-включенных тиристоров 10 приложено максимальное напряжение холос- того хода установки. После пробоя воздуш-

дам встречно-включенных тиристоров 10 приложено максимальное напряжение холос- того хода установки. После пробоя воздуш-

прикладываются импульсы, синхронизированные с моментом перехода через нуль напряжения питаюш.ей сети 9, следовательно, к электродам плазменной горелки 5

дам встречно-включенных тиристоров 10 приложено максимальное напряжение холос- того хода установки. После пробоя воздуш-

ного промежутка осциллятором 8 между катодом 6 и соплом 7 возникает дуга, которая выдувается плазмообразующим газом из плазменной горелки и замыкает цепь основной дуги плазмотрона. При достижении токоплазменной дуги минимального значения, при котором ее горение устойчиво, изменяет свое состояние первый компаратор 21, ив результате блок 20 управления закрывает аналоговый ключ 19, отключив устройство 18 блокировки фазового сдвига, открывает аналоговый ключ 13, продолжая заряд конденсатора 12, и открывает аналоговый ключ 17, подключая устройство 15 сравнения к блоку 16 фазового сдвига.

результате переключений угол открывания

мгновенно будет готова к последующему запуску, который возможен при размыка- НИИ пусковой кнопки 29. В случае внезапного погасания плазменной дуги в процессе работы устройства из-за значительных флуктуации плазмообразующего газа или по другим причинам на выходе всех трех компараторов 21-23 потенциалы нулевого уровня, т. е. возникает ситуация, аналогичная выключенному состоянию устройства, при котором на адресные шины демультиплексора 24 поступают нули. В этом случае конденсатор 12 мгновенно разряжается через аналоговый ключ 14, компараторы 22 и 23 изменяют свое состояние и процесс плавного зажигания плазменной дуги возобновляется автоматически.

раллельно в цепь первичной обмотки силового трансформатора, выход устройства блокировки фазового сдвига через первый аналоговый ключ подключен к первому входу блока фазового сдвига, второй вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом устройства сравнения, вывод резистора / С-цепи через третий аналоговый ключ соединен с полюсом напряжения питания блока управления, первый вход котоУстройство обеспечивает улучшение ди- Ю рого соединен с общей точкой / С-цепи, а

раллельно в цепь первичной обмотки силового трансформатора, выход устройства блокировки фазового сдвига через первый аналоговый ключ подключен к первому входу блока фазового сдвига, второй вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом устройства сравнения, вывод резистора / С-цепи через третий аналоговый ключ соединен с полюсом напряжения питания блока управления, первый вход которого соединен с общей точкой / С-цепи, а

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в установках, в которых применяются плазмотроны , в частности, для резки металла. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик плазменной дуги, энергетических и массогабаритных показателей устройства. Устройство содержит силовой трансформатор, подключенные к электродам плазменной горелки датчик тока и сглаживающий дроссель. Между питающей сетью и первичной обмоткой силового трансформатора включены встречно включенные пары транзисторов. Наличие блока фазового сдвига, устройства сравнения и введение четырех аналоговых ключей, устройства блокировки фазового сдвига и блока управления позволяет осуществлять плавное зажигание и питание плазменной дуги стабилизированным током. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

намических характеристик плазменной дуги за счет введения между питающей сетью и первичной обмоткой силового трансформатора встречно-включенных пар тиристоров, что уменьшает вероятность внезапных погасаний дуги в процессе работы установки и способствует увеличению долговечности элементов плазменной горелки в 1,1 -1,15 раза. Введение четырех аналоговых ключей, устройства блокировки фазового сдвига и блока управления позволяет осуществить плавное зажигание и питание плазменной дуги стабилизированным током и улучшить массогабаритные показатели устройства в 1,2 раза, позволяет снизить потери электроэнергии на 10%.

Формула изобретения

говых ключа, устройство блокировки фазово- что устройство блокировки фазового сдвига

го сдвига и блок управления, при этом тиристоры попарно включены встречно-павыполнено в виде нуль-органа сетевого напряжения.

5

0

5

о

5

второй - с выходом датчика тока, четвертый аналоговый ключ подключен параллельно конденсатору RC-цепи, вывод которого соединен с общей точкой напряжения питания, а выходы блока управления подключены к управляющим входам соответствующих аналоговых ключей.

что устройство блокировки фазового сдвига

выполнено в виде нуль-органа сетевого напряжения.