Устройство для управления работой плазмотрона постоянного тока

 

Изобретение относится к устройствам силовой преобразовательной техники, применяющимся в электротехнологических процессах и питающих потребители с характерной дуговой нагрузкой, и может быть использовано в машиностроении и судостроении, где применяются плазмотроны. Цель изобретения - повышение надежности установки во всех динамических и статических режимах горения плазменной дуги. Устройство содержит силовой трехфазный трансформатор, полууправляемый мостовой выпрямитель, датчик тока, дроссель, плазматрон, дополнительную группу управляемых вентилей, первый и второй релейные элементы, первый узел сравнения, блок формирования закона нарастания тока, блок импульсно-фазового управления. В устройство введены цепь из последовательно соединенных силового тиристора и разрядного резистора, дифференцирующее звено, второй узел сравнения, формирователь импульса отпирания и элемент задержки. Катодная группа полууправляемого мостового выпрямителя выполнена управляемой. При зажигании плазменной дуги инициирование последней происходит между соплом и электродом плазмотрона. При внезапных обрывах дуги происходит своевременное рассеивание магнитной энергии дросселя в разрядном резисторе, исключающее перенапряжение в цепях источника, благодаря чему достигается повышение надежности работы. Срабатывание силового тиристора происходит при превышении скорости изменения тока дуги критического значения 1 ил.

С01ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РГСГ1УБЛИК (51)5 В 23 К 10/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТГТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Q о

СО

О 4 (21) 4715777/27 (22) 06.07.89 (46) 07.08.91,Бюл. № 29 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им. адм. С.О.Макарова (72) В.М,Горбачев, В.Н.Безделов, 1О.А.Довбня и Г.И. Скажен юк (53) 621,791,75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 361029, кл. В 23 К 9/10, 1970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 495173, кл. В 23 К 9/10, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1066049, кл. Н 05 В 7/18, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПЛАЗМОТРОНА ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к устройствам силовой преобразовательной техники, применяющимся в электротехнологических процессах и питающих потребителя с характерной дуговой нагрузкой, и может быть использовано в машиностроении и судостроении, где применяются плазмотроны.

Цель изобретения — повышение надежности установки во всех динамических и статических режимах горения плазменной дуги. УсИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам силовой преобразовательной техники, питающим потребители с характерной плазменно-дуговой нагрузкой, и может найти применение во всех отраслях техники и технологии, где применяются плазмотроны, в частности в установках для плазменной резки и сварки металла.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства во всех

„„5U „„1668073 А1 тройство содержит силовой трехфазный трансформатор, полууправляемый мостовой выпрямитель, датчик тока, дроссель, плазмотрон, дополнительную группу управляемых вентилей, первый и второй релейные элементы, первый узел сравнения, блок формирования закона нарастания тока, блок импульсно-фазового управления. В устройство введены цепь из последовательно соединенных силового тиристора и разрядного резистора, дифференцирующее звено, второй узел сравнения, формирователь импульса отпирания и элемент задержки, Катодная группа полууправляемого мостового выпрямителя выполнена управляемой, При зажигании плазменной дуги инициирование последней происходит между соплом и электродом плазмотрона.

При внезапных обрывах дуги происходит своевременное рассеивание магнитной энергии дросселя в разрядном резисторе, исключающее перенапряжения в цепях источника, благодаря чему достигается .повышение надежности работы. Срабатывание силового тиристора происходит при превышении скорости изменения тока дуги критического значения 1 ил. динамических и статических режимах горения плазменной дуги.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит мостовой выпрямитель с анодной группой неуправляемых вентилей и катодной группой управляемых вентилей 2, вход которого соединен с выводами вторичной обмотки трехфазного силового трансформатора 3, первичная обмотка которого подключена к питающей сети 4.

1668073

Катоды катодной группы вентилей 2 объединены и соединены с обрабатываемым изделием 5 через датчик 6 тока. Аноды анодной группы вентилей 1 также обьединены и соединены с электродом 7 плазмотрона 8 через дроссель 9, параллельно которому подключена цепочка последовательно соединенных силового тиристора 10 и разрядного резистора 11. При этом анод силового тиристора 10 подключен анодам группы вентилей 1, а управляющий электрод — к выходу формирователя 12 импульса отпирания. Дополнительная группа управляемых вентилей 13 соединена анодами с отпайками вторичной обмотки силового трансформатора 3, при этом ее катоды объединены в одну точку и соединены с соплом 14 плазмотрона 8 через ограничительный резистор 15, а управляющие электроды подключены к выходу элемента 16 задержки, Выход датчика 6 то,а соединен с входами первого 17 и второго 18 релейных элементов, входом дифференцирующего звена 19 и входом первого узла 20 сравнения, к второму входу которого подключен через блок 21 формирования закона нарастания тока выход второго релейного элемента 18. а выход соединен с управляющими электродами катодной группы вентилей 2 мостового выпрямителя через блок 22 импульсно-фазового управления. Выход первого релейного элемента

17 подключен к входу элемента 16 задержки, а выход дифференцирующего звена

19 подсоединен к входу второго узла 23 сравнения, к второму входу которого приложено опорное напряжение 24, а выход соединен с входом формирователя 12 импульса отпирания.

Устройство работает следующим образом.

Силовой трансформатор 3 включается при закрытых вентилях 2 катодной группы мостового выпрямителя и закрытых вентис лях 13 дополнительной группы. Так как ток плазмотрона 8 при этом равен нулю, сигнал на входе первого 17 и второго 18 релейных элементов, а также дифференцирующего звена 19, поступающий с датчика 6 тока, также равен нулю. Релейный элемент 18, представляющий собой в простейшем случае контактное или бесконтактное реле максимального тока, выдает сигнал зэпрета на блок 21 формирования закона нарастания тока, следовательно, сигнал на выходе последнего остается неизменным.

Блок 21 формирования закона нарастания тока выполнен таким, что его выходной сигнал при запрещающем сигнале от релейного элемента 18 не равен нулю, а соот5

55 ветствует напряжению, при котором блок

22 импульсно-фазового управления вырабатывает импульсы управления, подаваемые на управляющие электроды тиристоров 2 катодной группы, соответствующие таким углам открытия, как если бы через вентили

2 протекал ток, равный минимально устойчивому току плазменной дуги. При этом, как указывалось ранее, вентили 2 катодной группы мостового выпрямителя остаются фактически закрытыми, так как отсутствует цепь протекания тока (дуга между электродом 7 плазмотрона 8 и обрабатываемым изделием 5 не горит), а выходное напряжение мостового выпрямителя при больших начальных углах открытия вентилей 2 очень мало и не может инициировать возникнооение дуги в промежутке электрод 7 — металл 5. Перв и узел 20 сравнения не препятствует проникновению начально заданного напряжения от блока

21 формирования закона нарастания тока к блоку 22 импульсно-фазового управления, так как на второй вход узла 20 сравнения поступает в начальный момент времени нулевой сигнал от датчика 6 тока.

Первый релейный элемент 17 (контактное или бесконтакное реле минимального тока) подает напряжение управления на управляющие электроды дополнительной группы вентилей 13 через элемент 16 задержки задерживающий время открытия вентилей на г с. По истечении времени задержки т вентили 13 дополнительной группы открываются и к промежутку электрод 7 — сопло 14 прикладывается напряжение холостого хода с выхода анодной группы вентилей 1 мостового выпрямителя и катодов дополнительной группы вентилей

13. Между электродом 7 и соплом 14, расстояние между которыми более 1 мм, инициируется дуга либо под воздействием высокого напряжения холостого хода, либо дополнительно применяемым осциллятором. Благодаря наличию дросселя 9 и ограничительного резистора 15 возрастание тока дуги происходит плавно, с постоянной времени, равной отношению индуктивности дросселя 9 к активному сопротивлению

15. Значение тока ограничивается ограничительным резистором 15 и равно минимально устойчивому току плазменной дуги, Плазмообразующий газ выдувает возникшую между электродом 7 и соплом 14 дугу до касания ее обрабатываемого изделия 5. Так как на вентили 2 катодной группы подаются отпирающие импульсы, cooTоетствующие большим углам открытия (минимально-устойчивый ток дуги), 1668073

10 ния выдает управляющий сигнал на 55 формирователь 12 импульса отпирания. который открывает силовой тиристор 10, образуя тем самым цепь рассеивания магнитной энергии дросселя 9 в разрядном сопротивлении 11. чем исключается воэникто ток начинает протекать по цепи аноды группы вентилей 1 — дроссель 9 — электрод

7 — обрабатываемое изделие 5 — датчик тока

6 — катоды группы вентилей 2 мостового выпрямителя, При этом токе срабатывает второй релейный элемент 18 и запускает блок 21 формирования закона нарастания тока плаэмотрона 8. Сформированный блоком 2 1 сигнал через первый узел 20 сравнения подается на вход блока 22 открытия катодной группы вентилей 2 МосТового выпрямителя. Последние плавно открываются по заданному закону и соответственно нарастает ток плазменной дуги до номинального значения, Точность реализации закона обеспечивается обратной связью по току, осуществляемой датчиком 6 тока и узлом 20 сравнения. При токе плазмотрона 8, превышающем минимально устойчивый ток дуги «<а 10 — 15%, срабатывает первый релейный элемент 17. снимая сигнал управления с вентилей 13 дополнительной группы. Последние закрываются и протекание тока через ограничительный резистор 15 прекращается, В процессе работы ток плазменной дуги протекает по цепи тока соединения анодов анодной группы вентилей 1 мостового выпрямителя — дроссель 9 — электрод 7 — обрабать«наемое иэделие 5 — датчик тока 6 — общая точка катодов катодной группы вентилей

2 мостового выпрямителя. Пульсации дуги сглаживаются дросселем 9. В течение работы установки анализируется скорость изменения тока дуги плазмотрона 8, т.е. его производная. В случае внезапного изменения возмущающих факторов (расход плазмообразующих газов, расстояние от резака до металла, колебания питающей сети и пр,) возможно погасание дуги. При этом любое возмущение тока дуги характеризуется определенным значением его производной и при определенном критическом значении производной тока обрыв дуги становится неизбежным. Во втором узле 23 сравнения происходит постоянное сравнение текущей производной тока дуги (информация с выхода дифференцирующего звена

19) и заданного критического значения, при котором происходит "обрыв" дуги, представленного в виде опорного напряжения

24 (Uo««,). Если "обрыв" дуги неизбежен (т.е. текущее значение производной тока больше опорного сигнала 24), то узел 23 сравне20

«онение «ере««апряжений ««а полупронод««иках выпрямителей 1, 2 из-за "разрыла" индукт««ьн«ой цепи. При ср«.l«<0 дуги пëàçë«îòрона 8 сигнал на выходе датчика 6 тока становится равным нулю. поэтому релейный элемент 18 приводит в исходное состояние блок 2 формирования закона нарастания тока, и цикл зажигания дуги повторяется н описанной последовательности автоматически. Длительность времени задержки т элемента 16 выбирается равной 3 — 5 постоянных времени цепи, образованной дросселем 9 и разрядным резисторами 11, т.е. длительности переходного процесса разряда магнитной энергии дросселя 9 на резистор 11, Да«<ный элемент 16 позволяет полность«о обеспечить так называемые нулевые начальные условия, чем достигается плавное нарастание тока дуги от л1оме««та ее инициации до минимально устойчивого тока дуги. Возрастание тока дуги происходит плавно с постоянной време««н, определяемой пассивной цепью дросселя 9 — огра«<ичительный резистор 15 минимально устойчивого тока дуги до ее номинального значения в соответствии в зада«<нь«л«законом нарастания тока.

Предлагаемое устройство обеспечивает повыше««ие надеж«<ости г;о сравнению с прототипом эа счет введения дифференциру«ощего звена, второго узла сран««ения, на второй вход которого подастся опорный сигнал, соотнегстну«ощий критической про««зиод«<ой тока пллзмен«<ой дуги, формирователя импульса отпирания и разрядной цепи дросселя, состоящей из силового тиристора и разрядного резистора. Повышение надежности достигается также за счет введения злеменTà задержки, подклю<е«<èë ограничительного резистора к соплу плазмотрона, изменения полярности включения дополнительной группы управляемых вентилей и ныполне««ия анодной группы вентилей мостового выпрямителя неуправляемой, а катодной управляемой, а также включения датчика тока между обрабатываемым изделием и катодами катодной группы. Надежность обеспечивается за счет исключения опасного воздействия высоковольтного напряжения на не««тили выходных вь«прял«ителей во всех режимах работы установки; пусковом, нол1инальном, при внезапном обрыве дуги.

Формула изобретения

Устройство для управления работой плазмотрона постоя««ного тока. содержащее полууправляемый MOcTOBQA выпрямитель, вход которо«о соединен с выводами вторичной обмотки трехфазного силового

1669073

Г l

Ф

I

1 ! J э

v- г 12

С0cтаоитель Ь.I рисова

Техред M.Маргентал Корректор С. !ерни

Редактор Т. Зубкова

Заказ 2610 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государс1оенного комитета по i,çîáðåòåíèÿì и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101 трансформа ора, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, дополнительную группу управляемых вентилей, соединенных одноименными электродами с отводами вторичных об лоток трехфазного силового трансформатора, а другие одноименные электроды вентилей подключены к выводу ограничительного резистора, выход датчика тока соединен с входами первого узла сравнения, первого и второго релейных элементов, выход второго релейного элемента через блок формирования закона нарастания тока соединен с вторым входом первого узла сравнения, выход которо о соединен с входом блока импульсно-фазового управления, а дроссель rvì çí с "-л; .тродом плазмотрона, о т л и ч а ю щ е е с я тем, « о, с целью повышения надежности работы устройства во всех диII мических и ста1и ческих режимах горения гглазменной дуги, в него введены зле лент задсржки, последовательно соединенные силовой тиристор и разрядный резистор и последовательно соединенные дифференцирующее звено, втоpoL1 узел сравнения и формирователь импульсов отпирания, катодная группа вен5 тилей полууправляемого мостового выпрямителя выполнена управляемой с выходом блока импульсно-фазового управления, а катоды через датчик тока соединены с выходом устройства, аноды вентилей анодной

10 группы полууправляемого мостового выпрямителя соединены с анодом силового тиристора и выводом дросселя, другой вывод которого соединен с выводами разрядного резистора, управляющий электрод силового

15 тиристора соединен с выходом формирователя импульсов отпирания, вход дифференцпрующего зоепа соединен с выходом дэ1чика тока, дру ой выоодограничительного резистора соединен с соплом плазмотро20 на, выход первого релейного элемента через элемент зэдержки соединен с управляющими элекгрода ли дополнительной группы упраоляемглх вентилей.