Устройство автоматического управления для питания плазмотрона

 

Изобретение относится к электродуговой обработке для питания технологических установок плазменной резки, сварки, напыления и других видов обработки и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обработки изделий из металла. Устройство содержит датчик 8 короткого замыкания электродугового промежутка, элемент задержки 9 отключения, реле напряжения 10, реле тока 1 питания плазмотрона и реле контроля охлаждения 2, а также логические элементы. Положительный эффект связан с устранением осциллятора, повышается электробезопасность. 2 ил.

Изобретение относится к электродуговой обработке, а именно к устройствам автоматического управления и защиты для питания технологических установок плазменной резки, сварки, напыления и других видов обработки изделий и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обработки изделий из металла и других, преимущественно электропроводных материалов.

Целью изобретения является снижение паразитного электромагнитного засорения окружающей среды и повышение электробезопасности путем осуществления возможности автоматического управления при инициации дуги коротким замыканием электрода на изделие.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу.

Устройство автоматического управления и защиты для питания плазмотрона содержит реле 1 тока питания плазмотрона, реле 2 контроля охлаждения, первый элемент 3 И, выходом подсоединенный к выводу 4 включения программы нарастания второй элемент 5 И, выходом подсоединенный к выводу 6 управления силовой коммутацией, элемент 7 ИЛИ. Дополнительно введены датчик 8 короткого замыкания дугового промежутка, элемент 9 задержки отключения и реле 10 напряжения питания плазмотрона, причем выходы реле 1 и реле 10, подсоединены ко входам элемента 3 И, выход которого подсоединен к одному из входов элемента 7 ИЛИ, к другому его входу через элемент 9 подсоединен выход датчика 8, а к выходу элемента 7 ИЛИ подсоединен одним из входов элемент 5 И, другой вход которого подсоединен к выходу реле 2. В источнике 11 питания плазмотрона установлены силовой коммутатор 12 и коммутатор 13 программы нарастания тока плазмотрона.

Элементы 1,3,5,7,9,10,13 могут быть выполнены на основе широко распространенных релейных, электронных схемотехнических решений. Реле 2 может быть выполнено на основе известных пневмо- или гидроконтактных устройств. Датчик 8 может быть выполнен, например, на основе известных схемотехнических приемов тестирования наличия тока маломощного измерительного источника при коротком замыкании дугового промежутка, элемент 9 реализуется на основе электромагнитного реле с нормированным временем отпускания, коммутатор 12 может быть контактно-механическим или тиристорным, в частности, входящим в состав силового выпрямителя источника 11.

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном включении - при нормальном охлаждении принудительно охлаждаемых элементов плазмотрона, а при необходимости источника питания в момент t₁ включается реле 2. При этом элементы 3,5,7 остаются включенными. Из-за отсутствия сигнала на выводе 6 силовое питание отключено и на плазмотрон не подается. Оператор подносит плазмотрон к обрабатываемому изделию и в момент t₂ замыкает дуговой промежуток, например, закорачивая электрод плазмотрона на обрабатываемое изделие. При этом срабатывает датчик 8, по сигналу которого последовательно включаются элементы 9, 7 и 5, вследствие чего по сигналу, подаваемому на ввод 6 включается питание плазмотрона и ток питания, протекая через коротко-замкнутый дуговой промежуток нарастает и в момент t₃ достигает порогового значения I_п, при котором реле 1 срабатывает. Однако элемент 3 при этом остается включенным, поскольку из-за отсутствия напряжения на короткозамкнутом промежутке реле 10 не сработало. Далее оператор отводит плазмотрон от изделия и тем самым в момент t₄ размыкает дуговой промежуток, следствием чего включается датчик 8, а на самом промежутке зажигается дуга, напряжение на которой U_п увеличивается по мере увеличения промежутка в процессе отведения плазмотрона. При размыкании дугового промежутка ток i_п может упасть настолько, что при срабатывании отключится реле 1. Дуга превращается в плазменную вследствие газового обжатия в плазмотроне, ее напряжение еще более увеличивается и при достижении порогового значения U_п включается реле 10, вследствие этого включается и элемент 3. Элемент 3 включает по выводу 4 программу нарастания тока питания, по которой в соответствии с законом программы ток i_п нарастает до установившегося значения I_у. Элемент 9 задерживает сигнал отключения датчика 8 на время Δt₃ , до момента t₆, более позднего, чем момент t₅, в результате сигналы, подаваемые на входы элемента 7, идут с взаимным перекрытием, вследствие чего элемент 7 остается во включенном состоянии и поэтому, пока реле 2 сигнализирует о нормальном охлаждении, элемент 5, воздействуя на ввод 6, поддерживает включенным состояние питания i_п.

Отключение дуги осуществляется оператором за счет увеличения дугового промежутка при отведении плазмотрона от изделия. При определенной величине дугового промежутка напряжение U_п оказывается недостаточным для поддержания дуги и она гаснет. При этом ток i_п становится практически равным нулю в момент t₇. Вследствие этого в момент t₈ отключается реле 1, далее по вводу 6 в момент t₉ отключается напряжение питания U_п. В момент t₁₀ отключают охлаждение.

Помимо описанных функций управления включением и выключением плазменной дуги предлагаемое устройство также обеспечивает ряд защитных функций, как в отношении в электробезопасности оператора, так и в отношении нежелательных режимов работы плазмотрона и источника питания.

Электробезопасность обеспечивается: отсутствием напряжения питания до начала дугообразования, так и сразу же после его окончания, несмотря на принципиальное превышение напряжения возбуждения над напряжением в установившемся режиме, отсутствием требования повышенного напряжения холостого хода к моменту возбуждения дуги в связи с тем, что возбуждение осуществляется касанием, то есть с малыми стартовыми дуговыми промежутками, отсутствием высоковольтного ионизирующего возбуждения.

При отсутствии нормального охлаждения плазмотрона или источника питания срабатывает реле 2, отключающее элемент 5, который вне зависимости от цикла работы отключает питание i_п.

Коммутация программы тока нарастания по выводу 4 увеличивает ресурс катодов и сопел плазмотрона.

Исключено ложное срабатывание системы включения питания при случайных коротких замыканиях элементов плазмотрона или подводящих проводов, поскольку сигнал о формировании дуги вырабатывается лишь при наличии сочетания как тока I_п, так и напряжения U_п.

Устройство также защищает плазмотрон от разрушающего режима работы с предельно короткой дугой, когда плазмотрон находится слишком близко от обрабатываемого изделия. Действительно, при таком нештатном режиме напряжение питания U_п снижается до величины ниже порогового значения U_п, в результате реле 10 отключается и с помощью элементов 3,7,5 блокирует питание.

Аналогично блокируется для защиты плазмотрона питание при слишком долгом (большем величины Δt₃) процессе отведения плазмотрона от изделия. В этом случае момент t₆ наступает раньше момента t₅ и устраняется необходимое для нормального автоматического управления перекрытие сигналов на входах элемента 7, что также приводит к отключению питания.

Устранение режима холостого напряжения, снижение максимального силового напряжения, устранение высоковольтного возбуждения существенно повышают электробезопасность оператора.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПЛАЗМОТРОНА, содержащее реле тока питания плазмотрона, реле контроля охлаждения, первый элемент И, выходом подсоединенный к выводу включения программы нарастания тока источника питания плазмотрона, второй элемент И, выходом подсоединенный к выводу управления силовой коммутацией источника питания плазмотрона, элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью снижения паразитного электромагнитного засорения окружающей среды и повышения электробезопасности, в устройство дополнительно введены реле напряжения питания плазмотрона и последовательно соединенные датчик короткого замыкания дугового промежутка и элемент задержки, подключенный к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, входы последнего подключены соответственно к реле напряжения и тока питания плазмотрона, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с реле контроля охлаждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2