Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки

(51)4 В 23 О ГОСУД А ПО ДЕЛ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ г под оедине уги. Д обмотк торы И ор возбудителдержат общу ния, Конденс через силовы паратором емые к соедин ным в ле под сети в с датчиком одную цепь ючения устр будитель ду плазмотроне. тке подмагничичивают плав новной дуги е нарастание тока ос При достижении номиальног омпара авлени а является испульс уп ывающ рые в и силовые комлючают конденф о К ЕСТмутатосаторыУстрой3 ил. в схему ереходи становки.в рабочий режим. ОО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА И ПИТАНИЯПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ УСТАНОВКИ(57) Изобретение относится к резкеметаллов и может быть использованопри проектировании источников питания плазменно-дуговых установок.Цель - улучшение условий запускаплазмотрона и вывода его на заданныйрежим работы, а также снижение массогабаритных показателей устройства.Устройство содержит индуктивно-емкостный стабилизатор тока (ИЕСТ), к1 выходу которого через силовой трансны выпрямитель и россели ИЕСТ соу подмагничива- ЕСТ включены аторы, управляход последнего тока, включен- выпрямителя. Посойства к питающей ги инициирует Увеличивая ток вания, обеспезначения тока на выход20 13918 1Изобретение относится к резкеметаллов и может быть использованопри проектировании источников питания плазменно-дуговых установок.Целью изобретения является улуч 5шение условий запуска плаэмотронаи вывода его на заданный режим работы, а также снижение массогабаритныхпоказателей устройства. 10На фиг. 1 изображена принципиаль: ная схема предлагаемого устройства;на Фиг. 2 - эквивалентная однофаэная, схема предлагаемого устройства; нафиг. 3 - внешняя вольт-амперная характеристика плазменно-дуговой установки.Устройство для запуска и питанияплазменно-дуговой установки постоянного тока содержит (фиг. 1) индуктивно-емкостный стабилизатор 1 тока,выполненный по Т-образной схеме совзаимоиндуктивными связями, вход которого соединен с питающей сетью 2, ак выходу через силовой трансформатор 253 подсоединен выпрямитель 4. Выходныеклеммы выпрямителя 4 соединены с катодом 5 и анодом 6 плазмотрона. Устройство содержит возбудитель 7 дуги,выход которого соединен с катодом 5и соплом 8 плазмотрона, Дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1тока содержат общую обмотку 9 подмагничивания, соединенную с регулятором 10 тока подмагничивания. Цепи,включающие конденсаторы индуктивно 35емкостного стабилизатора 1 тока,,содержат силовые коммутаторы 11-13Эвыполненные, например, в виде встречновключенных силовых тиристоров40правляющие цепи которых соединены скомпаратором 14, выход которого соединен с датчиком 15 тока, включенным в выходной цепи выпрямителя 4.Устройство работает следующимобразом.45При подключении устройства к питающей сети 2 напряжение прикладывается через дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока,к трансформатору 3 и далее к выпрямителю 4, 50катоду 5 и аноду 6 плаэмотрона. Возбудитель 7 дуги инициирует пробойвоздушного промежутка между катодом5 и соплом 8, при этом возникаетВспомогательная дуга, которая выдуВается из сопла 8 плазмообразующимгазом и, касаясь анода 6, замыкаетЭлектрическую цепь для горения основной 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 индуктивноемкостного стабилизатора 1 тока от установки и, тем самым, еще большее ограничение пускового тока по амплитуде. Для аналитического доказательства предлагаемого структурного ограничения пускового тока плазменнодуговой установки рассмотрим эквивалентную однофазную схему предлагаемого устройства,(фиг. 2), на которой питающая сеть представлена в виде напряжения Н 8, Х- индуктивные сопротивления дросселей индуктивноемкостного стабилизатора 1 тока, Х с - емкостное сопротивление конденсатора индуктивно-емкостного стабилизатора 1 тока, Е- приведенное к/первичной обмотке трансформатора 3 сопротивления нагрузки, Ток нагрузки в представленной схеме определяется выражением1 ах (Х с Хм)12 н(Х,-Х )+1(Х-Хс)2-,1 (Хс+Х,ц)2 где Х- величина реактивного сопротивления, определяемоговзаимоиндуктивными связямиобмоток дросселей индуктивно-емкостного стабилизаторатока.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 Х превышает Х в 3-4 раза и в об- .сщем случае справедливо выражение Х= = 1 Х , где 1 может принимать значе139820 ния 1-4. Учитывая, что Х н = 1 ссвХгде к в - коэффициент взаимоиндуктйвной связи между дросселями индуктивно-емкостного стабилизатора 1 токаи приняв Х = Х, выражение для токанагрузки в приведенной схеме (фиг. 2)примет вид-(вЬ,. 1 + 1) 10 5 20 25 30 35 40 При отсутствии конденсаторов индуктивно-емкостного стабилизатора тока в схеме, приведенной на шиг. 2, и с учетом введенных соотношений между Х, Хи Х, выражение для тока нагрузки примет вид Пвх 2 н + Х(21 св 1 + тоте 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 характеристикеисточника напряжения (участок 1на фиг. 3). При достижении токаосновной дуги плазмотрона заданногономинального значения устройство, 55благодаря подключению конденсаторов,переходит в режим индуктивно-емкостного преобразования. В этом режимеработы установка имеет вольт-амперную характеристику, близкую к харак Приведенные разности при любых реальных значениях коэффициента взаимо- индуктивной связи являются положительными 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 то.;а нагрузки для схемы с конденсатором. Увеличение Е приводит к еще большему - уменьшению тока нагрузки в обеихсхемах. 2 (1 с)-1 Х(1 с с+1)-(с)3 Домножив и разделив приведенное выражение на величину -(1 с в к+,) и произведя алгебраические преобразования, определяем разность между абсолютными значениями действительных 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 е= 2 н Ь Ив+ )3.Разность между абсолютными значениями мнимых частей соответствующих выражений определяется величиной 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-. чения ток в обмотке 9 подмагничива ния, тем самым обеспечивается плавное уменьшение реактивного сопротивления дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока и, следовательно, плавное нарастание тока основной дуги. Заданная скорость нарастания определяется регулируемыми времязадающими К-Е-цепями, влияющими на изменение величины тока управления магнитного усилителя. Сигнал, снимаемый с датчика 15 тока, сравнивается с заданным сигналом, соответствующим номинальному току основной дуги, в компараторе 14, и при равенстве текущего и заданного сигналов вырабатывается управляющий импульс, от" крывающий 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 час 5 13918 теристике источника тока (участок 2 на фиг. 3), что способствует устойчивому горению плазменной дуги.Предлагаемая установка обеспечивает улучшение условий запуска плаэ 5 мотрона 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 балластного сопротивления. Обеспечивается повышение 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-дуговой установки. 20Формула 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 электродам плазматрона, и возбудитель дуги, выход которого соединен с катодом и соплом плаэмотрона, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения условий запуска плазмотро 1на и вывода его на заданный режим работы, а также снижения массы и габаритов устройства, в него введены силовые коммутаторы, датчик тока, компаратор и обмотка подмагничивания 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 конденсаторами индуктивно-емкостного стабилизатора тока.Зака 9 оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тира ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж х. 921твенноретений35, Ра Подписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5