Способ возбуждения дуги плазмотрона Советский патент 1992 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится преимущественно к электросварочному производству, в частности к технологическим установкам для электродуговой плазменной резки, наплавки, сварки и напыления.

Известен способ возбуждения дуги, осуществляемой в серийной установке воздушно-плазменной резки АПР-404. Возбуждение дуги плазмотрона осуществляется подачей на него напряжения холостого хода тиристорного выпрямителя и дальнейшей подачей ионизирующего воздействия.

Величина броска стартового тока может быть определена из анализа эквивалентной электрической цепи, изображенной на фиг. 1, где Lorp и Rorp - ограничительные сопротивления в цепи дуги, определяемые в основном дроссельным реактором, а также реактивными и активными потерями трансформатора; Рд(1,1) - нелинейное и нестационарное сопротивление возбужденной дуги; 1р - фаза напряжения e(t) в момент подачи ионизирующего воздействия Нахождение точного значения броска стартового тока в представленной нелинейной параметрической цепи затруднительно, однако ясно, что и амплитуда и длительность этого броска монотонно возрастают с ростом попьтсекун- дного интеграла:

л

/ е (CD t) d u t,

V где е(йн) Е sin саг. (1)

В частности, при напряжении холостого хода с естественной коммутзцнри гиристо- ров, характеризующего npmov, i (фиг 2), максимальное значение р-э-м получаiX|;Х1 iCO

и

Ы :СЛ

ется при значении у

фи,

Недостатком прототипа являются знз читальные броски токз при фэзах t/, близких к л/3.

Целью изобретения является повышение ресурса сменных деталей плазмотрона (катод, сопло и т.п.) путем ограничения области наибольших значений бросков стартового тока.

Цель достигается тем, чго парад подачей ионизирующего воздействия устанавливают фазовым регулированием тиристоров выпрямителя пониженное напряжение холостого хода выпрямителя в пределах

( 3/2)УоМакс Уохх Уомакс.. (2)

В этом выражении нижняя граница соответствует предельно допустимой фазе напряжения, равчой ту, а коэффициент

определяется как частное от деления предельных коэффициентов формы, пропорци +

опальных / e((Wt)do)t при (р , равном

9 соответственно

К ..31

I2JT

зя

VT

ЈиЈ, / e(uJt)d«t/f e()) -5nP

О/ т,--ггЈ.

Задать напряжение, более низкое, чем ( 3/2)Уомакс недопустимо, так как при этом снижается максимальное мгновенное значение напряжения, величина которого определяет устойчивость возбуждения дуги.

На фиг. 1 приведена эквивалентная схема определения величины бросков стартового тока в способе; на фиг, 2 и 3 - поясняющие осциллограммы проютипа; на фиг. 4 и 5 - соответствующие поясняющие осциллограммы изобретения; на фиг, 6 приведен пример функциональной схемы для реализации способа.

Способ реализуется следующим образом. Напряжение сети 1 подают на тири- сторный выпрямитель 2 м его управляющее устройство 3 (см. фиг, 6), Управляющее устройство 3 начинает вырабатывать импульсы управления тиристоров, фаза включения ксЗТ7Г

торых находится в пределах тт рхх у и

задается программой, не зависящей от программы установки тока плазмотрона, В результате еще до возбуждения дуги напряжение холостого хода плазмотрона 4 оказывается пониженным в сравнении с максимально возможной ЭДС при естественной коммутации тиристоров, причем его среднее значение оказывается в пределах,

указанных в выражении (2), Форма осциллограммы напряжения холостого хода приведена для частного случая - на фиг. 4

5

Датчиком 5 тока контролируется отсутствие тока плазмотрона 4. Дуга плазмотрона инициируется в результате подачи ионизирующего воздействия, например, в

10 виде высоковольтного высокочастотного напряжения от осциллятора 6. Стартовый бросок тока определяется не только амплитудой напряжения Е, вырабатываемой выпрямителем 2, а также ограничительными

15 сопротивлениями Lorp, Rorp, Rfl(t.l), но и моментом инициации дуги, определяющим фазу ty, которая во всех случаях больше

УХХ тг, а в примере на фиг. 4 не меньше л/2.

20 Предельный волысекундный интеграл (фиг. 5) оказывается принципипально меньшим, чем он же при естественной коммутации тиристоров (фиг. 3), и тем больше, чем больше фаза включения тиристоров на холостом

25 ХОДУ- А поскольку именно величина вольтсе- кундного интеграла определяет амплитуду и длительность стартовых бросков тока, оказываются также понижены и максимальные стартовые броски тока.

30После первого включения тиристора

датчик 5 тока начинает выдавать сигнал, отличный от нуля, и управляющее устройство 3 переходит в режим фазового регулирования с отслеживанием тока отрицательной

35 обратной связью, при котором сигнал датчика 5 тока сопоставляется с сигналом программы, например, нарастания тока, как это имеет место в прототипе.

Подача фазорегулируемого напряжения

40 во время холостого хода позволяет снизить вольтсекундный интеграл в пределе лл

/ е (a) t) d ft t/ / е (a) t) d a) t в 1,5 ра45

тс

3

п

2

38.

0

5

Из-за нелинейности и нестационарности сопротивления дуги в процессе возбуждения амплитуда максимальных бросков стартового напряжения тока уменьшается еще больше.

В то же время снижение постоянной составляющей напряжения VQXX в области (2) не приводит к снижению устойчивости возбуждения, так как амплитудное значение напряжения остается неизменным за счет увеличения переменной составляющей в виде шестой и кратных ей гармоник.

Для пояснений функционирования устройства раскрыта одна из возможностей реализации устройства 3 управления, содержащего датчик 7 управляющего сигнала, блок 8 фазового регулирования, электронный переключатель 9, задатчик 10 сигнала фазы холостого хода, реле 11 сигнала тока, программатор 12 нарастания тока.

Устройство работает следующим образом, Напряжение сети 1 подают на тири- сторный выпрямитель 2 и его управляющее устройство 3, в котором сигналом реле 11 переключатель 9 подключает выход задат- чика 10 к входу датчика 7. Обратной связи по току нет (внешние характеристики жесткие) и блок 8 вырабатывает импульсы управления, с фазами включения тиристоров. находящимися в пределах (2). Точное значение этих фаз определяется уровнем сигнала задатчика 10, Оно не зависит от программы тока дуги плазмотрона, поскольку связь между датчиком 5 и датчиком 7 управляю- щего сигнала отключена переключателем 9. В результате еще до возбуждения дуги напряжение холостого хода оказывается пониженным в сравнении с максимальным при естественной коммутации тиристоров. Форма осциллограммы напряжения холостого хода для случая, когда регулировкой

задатчика 10 выставлена фаза ty - -n приведена на фиг. 4.

Осциллятором 6 подается ионизирующее воздействие на плазмотрон 4, в котором ионизируется дуга. После включения первого тиристора выпрямителя 2 датчик 5 вырабатывает на своих выходах сигналы, пропорциональные выпрямленному току выпрямителя 2. В результате реле 11 включается и переключается переключатель 9 таким образом, что от выхода датчика 7 размыкается выход задатчика 10, и подклю- чается этот вход к датчику 5, образуя цепь отрицательной обратной связи по току на элементах 5, 9, 7, 8, 2, которая переключает выпрямитель на автоматическое регулирование тока по сигналу программы тока дуги программатора 12, у которого программа нарастания включается также в момент переключения реле 1 1 сигналом, подаваемым на вход программатора 12.

Далее до окончания процесса дугообра- зования выпрямитель остается переключенным в режиме автоматического регулирования тока по сигналу программы, т.е. работает с внешним крутопадающими характеристиками. При таком регулировании напряжение на дуге зависит в первую очередь от длины дуги, т.е. от расстояния между плазмотроном и обрабатываемой деталью, и в меньшей степени от уровня тока дуги, задаваемого программатором 12. В частности, это напряжение существенно превышать начальное напряжение при поджиге.

Таким образом изобретение позволяет повысить срок службы плазмотрона.

Формула изобретения Способ возбуждения дуги плазмотрона, заключающийся в подаче на него напряжения холостого хода тиристорного выпрямителя, ионизирующего воздействия и обеспечении автоматического фазового регулирования тока дуги, отличающий- с я тем, что, с целью повышения ресурса сменных деталей плазмотрона путем ограничения области наибольших значений бросков стартового тока, перед подачей ионизирующего воздействия устанавливают фазовым регулированием тиристоров выпрямителя пониженное напряжение холостого хода выпрямителя, не зависящее от программытока дуги плазмотрона и задаваемое в пределах

( )11омакс Uoxx Уомакс,

где Uoxx - значение постоянной составляющей напряжения холостого хода;

иомакс - значение постоянной составляющей ЭДС при естественной коммутации тиристоров выпрямителя, а после первого включения тиристора переключают выпрямитель на автоматическое регулирование тока по сигналу программы токя дуги.

С с IP Я ctp

-™c:j- i

1773635

Изобретение относится к электросварочному производству, преимущественно к плазменной обработке металлов Сущность изобретения заключается в том, что перед подачей ионизирующего воздействия устанавливают разовым регулированием тиристоров выпрямителя пониженное напряжение холостого хода выпрямителя в пределах/3/2VcMaKc Vcxx V0MaKc. где VCXx - значение постоянной составляющей напряжения холостого хода; /Смакс - значение по- стоянной составляющей ЭДС при естественной коммутации тиристоров выпрямителя. Предлагаемый способ позволяет снизить максимальные броски тока не менее чем в 2 раза по амплитуде, что приводит к повышению ресурса сменных катодов плазмотрона не менее чам на 20%. 6 ил.

ttSinVt/y, у

Я /

-fr

4

-В

l

s