Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки

 

Изобретение относится к устройствам силовой преобразовательной техники, применяющимся в электротехнологических процессах, питающим потребители с характерной плазменко-дуговой нагрузкой, и может быть использовано в машиностроении и судостроении, где применяются плазмотроны . Цель изобретения - повышение наИзобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам силовой ripe- образовательной техники, питающих установки с характерной плазменно-дуговой нагрузкой, и предназначено для использования в машиностроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства, где применяются плазменная резка, сварка или напыление металлов. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства, улучшение условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим. дежности работы устройства, улучшение условий запуска плазмотрона и вывод его на заданный режим. Устройство содержит трехфазный силовой трансформатор, питаемый через индуктивно-емкостной стабилизатор тока (ИЕСТ), выпрямитель, плазмотрон, возбудитель дуги, датчик тока, первый компаратор, регулятор тока, силовые коммутаторы. В устройство введены два датчика напряжения, зарядный блок, второй коммутатор, элемент И и преобразователь . Запуск устройства происходит при отключенных конденсаторах ИЕСТ. Последние предварительно заряжаются до заданных напряжений. Плавное увеличение рабочего тока плазмотрона осуществляется подмагничиванием дросселей ИЕСТ. При достижении рабочего тока заданной величины происходит подключение конденсаторов ИЕСТ к схеме. Подключение производится в тот момент, когда свободная составляющая переходного процесса равна нулю, что повышает надежность работы устройства. 3 ил. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - фазные и линейные напряжения в точках соединения дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока и силовых коммутаторов; на фиг. 3 - одна из возможных реализаций преобразователя. Устройство содержит индуктивно-емкостный стабилизатор 1 тока, выполненный по Т-образной схеме со взаимно индуктивными связями, вход которого соединен с питающей сетью 2, а к выходу через силовой трансформатор 3 подсоединен силовой вы (Л С о VJ Qs VJ О VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 23 К 10/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР . Ь ЕОР8ЦЩ, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (." 4

Qh 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730074/27 (22) 22.08.89 (46) 15.09.91. Бюл. М 34 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им. адм. С.О.Макарова (72) В. М. Горбачев, Г. И. Скаженюк и В. Н, 6езделов (53) 621.791.947.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 369858, кл. Н 05 В 7/18, 1970.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1391820, кл. В 23 К9/00, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА И ПИТАНИЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к устройствам силовой преобразовательной техники, применяющимся в электротехнологических процессах, питающим потребители с характерной плазменно-дуговой нагрузкой, и может быть использовано в машиностроении и судостроении, где применяются плазмотроны. Цель изобретения — повышение наИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам силовой ripeобразовательной техники, питающих установки с характерной плазменно-дуговой нагрузкой, и предназначено для использования в машиностроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства, где применяются плазменная резка, сварка или напыление металлов.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства, улучшение условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим.

„„BLED„„1676767 А1 дежности работы устройства, улучшение условий запуска плаэмотрона и вывод его на заданный режим. Устройство содержит трехфазный силовой трансформатор, питаемый через индуктивно-емкостной стабилизатор тока (И ЕСТ), вы и рямител ь, плазмотрон, возбудитель дуги, датчик тока, первый компаратор, регулятор тока, силовые коммутаторы. B устройство введены два датчика напряжения, зарядный блок, второй коммутатор, элемент И и преобразователь. Запуск устройства происходит при отключенных кочденсаторах ИЕСТ, Последние предварительно заряжаются до заданных напряжений. Плавное увеличение рабочего тока плазмотрона осуществляется подмагничиванием дросселей ИЕСТ. При достижении рабочего тока заданной величины происходит подключение конденсаторов

ИЕСТ к схеме. Подключение производится в тот момент, когда свободная составляющая переходного процесса равна нулю, что повышает надежность работы устройства.

3 ил, На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — фаэные и линейные напряжения в точках соединения дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока и силовых коммутаторов; на фиг. 3 — одна из возможных реализаций преобразователя.

Устройство содержит индуктивно-емкостный стабилизатор 1 тока, выполненный по

Т-образной схеме со взаимно индуктивными связями, вход которого соединен с питающей сетью 2, а к выходу через силовой трансформатор 3 подсоединен силовой вы1676767 прямитель 4. Выходные клеммы выпрямителя 4 соединены с катодом 5 и анодом 6 плаэмотрона. Устройство содержит возбудитель 7 дуги, выход которого соединен с катодом 5 и соплом 8 плазмртрона. Дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора тока содержат общую обмотку 9 подмагничивания, выход которой подключен к регулятору 10 тока подмагничивания. Цепи, включающие конденсаторы индуктивно-емкостного стабилизатора 1, содержат силовые коммутаторы 11, 12, 13, выполненные, например, в виде встречно-включенных силовых тиристоров, управляющие электроды которых соединены с выходами усилителя

14 мощности, вход которого подключен к выходу элемента И 15.

Зарядный блок 16 подключен к конденсаторам фаэ В и С индуктивно-емкостного стабилизатора 1 и первому датчику 17 напряжения, сигнал с выхода которого подается на вход второго компаратора 18, выход которого подключен к одному иэ входов элемента И 15 и управляющему входу зарядного блока 16. Второй датчик 19 напряжения подключен входными клеммами к нулевому проводу питающей сети 2 и точке соединения дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора тока 1 с силовым коммутатором

11, а выходной клеммой присоединен к входу преобразователя 20, выход которого соединен с вторым входом элемента И 15, третий вход которого подключен к выходу первого компаратора 21, вход которого получает сигнал с датчика 22 тока, включенного в выходной цепи выпрямителя 4.

Преобразователь 20 может быть выполнен на базе структурной схемы (см. фиг. 3), где 23 — ноль-орган, 24 — дифференцирующая цепь; 25 — компаратор, у которого задающий сигнал равен нулевому напряжению, 26 — элемент И. Из структурной схемы очевидно, что при подаче синусоидального напряжения на вход преобразователя 20(фиг.

1) на выходе будут вырабатываться импульсы при переходе входного напряжения через ноль в случае, если производная этого напряжения отрицательна, Устройство работает следующим образом;

При подключении устройства к питающей сети 2 напряжение прикладывается к зарядному блоку 16 и дросселям индуктивно-емкостного стабилизатора 1 (фиг. 1), При рассмотрении временных сдвигов между фазными и линейными напряжениями (фиг.

2), очевидно, что в момент времени t> мгновенные значения напряжений, действующих в точках соединения дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора 1 и

15

30 фазного напряжения А положительна — мо35

55 силовых коммутаторов 11, 12, 13, равны соответственно: фаза А- нулю, фаза  — "+Ч лин/2"; фаза С- "-Vëèí/2". Следовательно, при подключении в этот момент времени конденсаторов индуктивно-емкостного стабилизатора 1, заряженных до указанных напряжений, в соответствии с фазами, к которым они подключены к схеме, практически исключена свободная составляющая токов и напряжений переходных процессов в силовых элементах коммутируемых цепей, А следовательно, не возникают колебания, автоколебания и провалы тока, снижающие надежность работы устройства и ухудшающие условия запуска плазмотрона и вывода

его на заданный режим. Датчик 19 напряжения подает сигнал на преобразователь 20, который вырабатывает импульсы при переходе через ноль напряжения между нулевой точкой питающей сети 2 и точкой соединения дросселя индуктивно-емкостного стабилизатора 1, расположенных в фазе А, с силовым коммутатором 11. При этом на выходе преобразователя 20 появляются только те импульсы, которые соответствуют моментам времени tt, тз, и т.д., когда производная фазного напряжения А отрицательна (см, фиг. 2).

В противном случае, когда производная менты времени tz, t4 и т.д, (фиг. 2), напряжения между нулевой точкой питающей сети 2 и точками соединения дросселей индуктивно-, емкостного стабилизатора 1, включенных в фазах В и С с силовыми коммутаторами 12, 13, равны соответственно в фазе  — "Члин/2", в фазе С вЂ” "+Члин/2". И если, в соответствии с алгоритмом работы устройства конденсаторы индуктивно-емкостного стабилизатора 1 в фазе В и С заряжаются в момент их коммутации соответственно до напряжений в фазе  — "+Члин/2", в фазе С вЂ” "-Члин/2", то свободная составляющая токов и напряжений переходного процесса после коммутации окажется максимально возможной и работа устройства нарушается.

При достижении на конденсаторах фаэ

В и С напряжения, равного половине линейного напряжения, действующего в точках соединения дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора 1 и силовых коммутаторов 11, 12, 13, напряжение на выходе датчика 17, пропорциональное одинарному напряжению на конденсаторах фаз В и С, становится равным задающему сигналу, поданному на компаратор 18, который при этом вырабатывает импульс, подаваемый на один из входов элемента И 15, и одновременно отключающим зарядный блок 16 от

1676767

55 конденсаторов индукти вно-емкостного стабилизатора 1 .

Постоянная времени заряда конденсаторов индуктивно-емкостного стабилизатора 1 выбирается заведомо меньшей, чем постоянная времени нарастания тока плазменной дуги. Для обеспечения принятого алгоритма работы устройства напряжение питающей сети 2 прикладывается через дроссели индуктивно-емкостного стабилизатора 1 к трансформатору 3, а далее к выпрямителю 4, катоду 5 и аноду 6 плаэмотрана. Возбудитель 7 дуги инициирует пробой воздушного промежутка между катодом

5 и соплом 8, при этом возникает вспомогательная дуга, которая выдувается из сопла

8 плазмообраэующим газом и, касаясь анода 6, замыкает электрическую цепь для горения основной дуги. В начальный момент времени величина тока основной дуги значительно меньше номинального значения, с.

Т8К как обмотка 9 при подключении плазменно-дуговой установки к питающей сети

2 задается равной нулю, следовательно, реактивное сопротивление дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора 1 имеет максимальное значение. Кроме того, силовые ключи 11, 12, 13 разомкнуты, что обеспечивает отключение конденсаторов индуктивна-емкостного стабилизатора 1 от установки и тем самым еще большее ограничение пускового тока по амплитуде.

Регулятор 10 увеличивает от нуля до максимального значения ток в-обмотке 9, что обеспечивает плавное уменьшение реактивного сопротивления дросселей индуктивно-емкостного стабилизатора 1, и следовательно, плавное нарастание тока основной дуги, Сигнал, снимаемый с датчика 22, сравнивается с сигналом, соответствующим заданному току основной дуги в компараторе

21; который при равновесии текущего и за. данного сигналов вырабатывает управляющий импульс, подаваемый на элемент И 15.

Таким образом при очередном приходе импульса на элемент И 15 от преобразователя

20 на выходе элемента 15 будет выработана логическая "1", которая после усиления в усилителе 14 вызывает отпирание силовых коммутаторов 11, 12, 13. Тем самым в схему устройства включаются конденсаторы ин15

50 дуктивно-емкостного стабилизатора 1, настроенные в резонанс с дросселями при максимальном токе подмагничивания при частоте питающей сети. Данное подключение обеспечивает отсутствие свободной составляющей токов и напряжений переходного процесса, чем достигаются повышение надежности работы установки и улучшение условий ее пуска.

Формула изобретения

Устройство для запуска и питания плазменно-дуговой установки, содержащее индуктивно-емкостной стабилизатор, выполненный по Т-образной схеме с взаимно-индуктивными связями, дроссели которого охвачены обмоткой подмагничивания с регулятором тока, а его конденсаторы соединены последовательно с силовыми коммутаторами, последовательно со стабилизатором соединены силовой трансформатор и мостовой выпрямитель, к выходу которого через датчик тока подключены электроды плазмотрона, между катодом и соплом которого включен возбудитель дуги, выход датчика тока соединен с входом первого компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, улучшения условий запуска плазмотрона и вывода его на заданный режим, в него введены зарядный блок, первый датчик напряжения, второй компаратор и последовательно соединенные второй датчик напряжения, преобразователь, элемент

И и усилитель мощности, выходы которого соединены с управляющими входами силовых коммутаторов, входы зарядного блока— с сетевыми входами устройства, а выходы подключены к точке соединения первых и вторых конденсаторов с силовыми коммутаторами соответственно, к этим же точкам подключены входы первого датчика напряжения, выход которого через второй компаратор соединен с четверть.м входом зарядного блока и с вторым входом элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый вход второго датчика напряжения соединен с нулевым сетевым входом устройства, а второй вход второго датчика напряжения соединен с точкой соединения третьих конденсаторов с силовым коммутатором.

1676767

1676767

Составитель Г.Чайковский

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор Н.Федорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 3069 Тираж 490 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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