Способ возбуждения дуги плазмотрона

 

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 постоянной 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.

C0K) 9 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л B 23 К 10/00. )

i о

1, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 478446 II /08 (22) 22,01.90 (46) 07.11,92. Бюл. М 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (72) П.А,Новыш, А.В,Пилипенко, С.Н.Ружанский, И.С.Мясников и С.А.Бухтин (56) Установка для автоматической воздуш-. но-плазменной резки металлов типа АПР404. Паспорт, п. 5.2, Степанаванский ЗВ40. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДУГИ ПЛАЗМОТРОНА (57) Изобретение относится к электросварочному производству, преимущественно к

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 u Rorp — ограничительные сопротивления в цепи дуги, определяемые в основном дроссельным реактором, а также реактивными и активными погерями трансЯО„„1773635 A 1 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 ГЗ/2\/смакс Чсхх -VoMaxc ° e Vcxx значение постоянной составляющей напряЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО Хода, VcMayc ЗНаЧЕНИЕ flOстоянной 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 чем на 20;ь. 6 ии. форматора: R (t,l) — нелинейное и нестационарное сопротивление возбужденной дуги; ф — 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 згого броска монотонно возрастают с ростом воebтсeкyндного интеграла:

Л .Г е(вт20в1, Ф где е(а1)=Е slncut, (1)

В частности, при напряжении холостого хода с естественной коммугац!1г и гиристорОВ, ХараКтЕрИэуЮщЕГО Иpnlггм;.i (фИГ. 2), максимальное значение имт: .-1 г1олучяется при значении " — - . ) и;

1773635

Недостатком прототипа являются значительные броски тока при фазах tP 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, что перед подачей ионизирующего воздействия устанавливают фазовым регулированием тиристоров выпрямителя пониженное напряжение холостого хода выпрямителя в пределах (f3/2)Чомакс < Чохх Чоиакс (2)

В этом выражении нижняя граница соответствует предельно допустимой фазе наЛ пряжения, равной, а коэффициент определяется как частное от деления пре- 20 дельных коэффициентов формы, пропорциз ональных е (Nt) drub при р, равном

Р

25 соответственно

5 2 б 3з v7 и-,, j е(вт) бв1б е (жт) de() =--, т Л

2 з ЗО

Задать напряжение, более низкое, чем (3/2)ЧОмака недопустимо, так как при этом снижается максимальное мгновенное значение напряжения, нели-:ина 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 прототипа; на фиг. 4 и 5 — соответствующие поясняющие осциллограммы изобретения; на фиг, 6 приведен пример функциональной схемы для реализации способа, Способ реализуется следую цим образом. Напряжение сети 1 подают на тиристорный выпрямитель 2 и его управляющее устройство 3 (c», фиг, 6), Управляющее устройство 3 начинает вырабатывать импульсы управления тиристоров, фа-а включения ксгЬ 7r торых находится в проделах т < р,х K — и

Д 2 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, укаэанных в выражении (2), Форма осциллограммы напряжения холостого хода приве— л . дена для частного случая p(x = — HB фиг. 4.

Датчиком 5 тока контролируется отсутствие тока плазмотрона 4. Дуга плазмотрона инициируется в результате подачи ионизирующего воздействия, например. в виде высоковольтного высокочастотного напряжения от осциллятора 6. Стартовый бросок тока определяется не только амплитудой напряжения Е, вырабатываемой выпрямителем 2, а также ограничительными сопротивлениями 1 огр, Йогр, Rg(t, l), но и моментом инициации дуги, определяющим фазу ф которая во всех случаях больше

-л

pxx = —, а в примере на фиг. 4 не меньше л/2.

Предельный вольтсекундный интеграл (фиг, 5) оказывается принципипально меньшим, чем он же при естественной коммутации тиристорон (фиг. 3), и тем больше, чем больше фаза включения тиристоров на холостом ходу. А поскольку именно величина вольтсекундного интеграла определяет амплитуду и длительность стартовых бросков тока, оказываются также понижены и максимальные стартовые броски тока.

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

Подача фазорегулируемого напряжения во время холостого хода позволяет снизить вольтсекундный интеграл в пределе л N

je(àt)dвtl 3 е(ыt}dât е 1,5 раK г

3 2

За.

Мз-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 Vox e 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 пояснения функционирования устройства раскрыта одна из возможностей ре1773635 ализации 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 тиристорный выпрямитель 2 и его управляющее устройство 3, в котором сигналом реле 11 переключатель 9 подключает выход задатчика 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 управляющего 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 тг задатчика 10 выставлена фаза ф = т, приведена на фиг. 4.

Осциллятором 6 подается ионизирующее воздействие на плазмотрон 4, в котором иониэируется дуга, После включения первого тирис1ора 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 подключается 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 11 сигналом, подавэемblì на вход программатора 12.

Далее до окончания процесса дугообразования выпрямитель остается переключен5 ным в режиме автоматического регулирования тока по сигналу программы, т,е. работает с внешним крутопадающими характеристиками. При таком регулировании напряжение на дуге зависит в первую

10 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 может существен15 но превышать начальное напряжение при поджиге.

Таким образом изобретение позволяет повысить срок службы плаэмотрона.

20 Формула изобретения

Способ возбуждения дуги плазмотрона, заключающийся в подаче на него напряжения холостого хода тиристорного выпрямителя, ионизирующего воздействия и

25 обеспечении автоматического фазового регулирования тока дуги, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения ресурса сменных деталей плазмотрона путем ограничения области наибольших значений бро30 сков стартового тока, перед подачей ионизирующего воздействия устанавливают фазовым регулированием тиристоров выпрямителя пониженное напряжение холостого хода выпрямителя, не зависящее от

35 программытока дуги плаэмотронэ и задаваемое в пределах (iГЗ/2)0омакс < Uoxx < UoMBKc, где 0окк — значение постоянной составляю40 щей напряжения холостого хода;

0омакс — значение постоянной составляющей ЭДС при естественной коммутации тиристоров выпрямителя, а после первого включения тиристора переключают выпря45 митель на автоматическое регулирование тока по сигналу программы тока дуги.

1773635 г. 3

Составитель П. Новыш

Редактор М.Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор Н.Шмакова

Заказ 3893 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 7 Я

Р б иг. Ф

Г 9 ог.5