Тиристорный источник питания для плазменной резки металла

 

Использование: в различных отраслях промышленности для плазменно-дуговой обработки материалов. Сущность изобретения: тиристорный источник питания содержит формирователь пилообразного напряжения, сумматор напряжения задания датчика программного сигнала и напряжения датчика обратной связи по току нагрузки и генератор импульсов управления. Введение дополнительного датчика положительной обратной связи по напряжению, выход которого соединен с входом сумматора, а также снабжение датчиков обратной связи по току нагрузки и напряжению регуляторами позволяет повысить устойчивость работы и надежность тиристорного источника питания. При возрастании напряжения на дуге повышается выходное напряжение датчика обратной связи по напряжению и результирующее напряжение на выходе сумматора, вследствие чего уменьшается угол управления тиристорами, а рабочий ток поддерживается неизменным. Это позволяет повысить устойчивость работы тиристорного источника питания и разрезать металл большей на 30 - 40% толщины. Регулирование обратной связи по току нагрузки позволяет повысить надежность защиты источника питания и плазмотрона в аварийных режимах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к тиристорным источникам питания для плазменно-дуговой обработки материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен источник питания с дросселями насыщения для плазменной резки металла [1] , крутопадающие внешние статические вольт-амперные характеристики которого формируются управляемыми дросселями насыщения. Регулирование тока нагрузки в широком диапазоне осуществляется изменением тока в обмотках управления дросселями насыщения.

Недостатком источника питания является неудовлетворительные динамические характеристики дросселей насыщения и низкое условное рабочее напряжение на дуге (200 В) при напряжении холостого хода источника питания 300 В.

Прототипом предлагаемого решения является тиристорный выпрямитель [2], содержащий формирователь пилообразного напряжения, сумматор напряжения задания датчика программного сигнала и напряжения датчика обратной связи по току нагрузки, генератор импульсов управления, крутопадающие внешние статистические вольт-амперные характеристики которого формируются обратной связью по току нагрузки.

На сумматор с двумя дифференциальными входами подается напряжение с датчика программного сигнала и с противоположным знаком напряжение с датчика обратной связи по току нагрузки. Напряжение программного сигнала регулируется с помощью потенциометра, что позволяет в процессе работы выбирать требуемый ток в рабочем диапазоне от 200 до 500 А. Напряжение обратной связи с трансформаторов тока на вход сумматора подается без регулировки масштаба и определяется параметрами трансформаторов тока. Зависимость напряжения обратной связи от тока нагрузки определяет крутизну вольт-амперной характеристики источника и независимо от установленного тока в диапазоне 200-500 А обеспечивает в рабочем режиме напряжений дифференциальное сопротивление внешних статических характеристик - 10 Ом (паспорт, с.12). При напряжении холостого хода источника питания 320 В условное рабочее напряжение на дуге 270 В. При этом напряжении наблюдается неустойчивая работа источника питания, так как дифференциальное сопротивление характеристик уменьшается до - 1,5 Ом (паспорт, с.57), что приводит к снижению толщины разрезаемого металла, ухудшению качества резки и способствует двойному дугообразованию.

Целью изобретения является повышение устойчивости работы и надежности тиристорного источника питания при резке толстолистового проката.

Эта цель достигается тем, что введен дополнительный датчик положительной обратной связи по напряжению, вход которого подключен к выходу фильтра силовой цепи, а выход соединен с входом сумматора; для поддержания рабочего тока неизменным датчик положительной обратной связи по напряжению снабжен регулятором; для повышения надежности работы датчик отрицательной обратной связи по току нагрузки снабжен регулятором.

На чертеже представлена функциональная схема тиристорного источника питания плазменной резки металла.

Источник питания включает в себя силовую цепь, состоящую из коммутационной аппаратуры 1, силового согласующего трансформатора 2, тиристорного выпрямителя 3, силового фильтра 4, плазмотрона 5, и цепь управления работой выпрямителя, состоящую из блока 6 аппаратуры управления, формирователя 7 пилообразного напряжения, генератора 8 импульсов управления, формирователя 9 задания, датчика 10 обратной связи по току нагрузки с регулятором 11 уровня сигнала, датчика 12 выходного напряжения источника питания с регулятором 13 уровня сигнала и сумматора 14.

Модулирующее напряжение с формирователя 7 пилообразного напряжения и несущее напряжение с сумматора 14 и блока 6 аппаратуры управления подаются на вход шестиканального генератора 8 импульсов управления, который формирует управляющие импульсы для тиристорного выпрямителя.

В первоначальный момент включения источника на вход сумматора 14 подается напряжение только с формирователя 9 задания, так как отсутствуют рабочий ток и напряжение. При отсутствии напряжения на выходе датчиков обратной связи по току нагрузки и выходного напряжения источника питания напряжение формирователя задания позволяет в момент включения источника полностью открыть силовые тиристоры. При протекании выпрямленного рабочего тока нагрузки с выхода датчика 12 обратной связи по напряжению, представляющего собой, например, делитель напряжения с регулируемым плечом в виде потенциометра, напряжение подается на вход сумматора. Одновременно с противоположным знаком на вход сумматора поступает напряжение с выхода датчика 10 обратной связи по току нагрузки. Результирующее напряжение сумматора изменяет величину несущего напряжения генератора импульсов управления и тем самым осуществляет изменение углов управления тиристоров. При увеличении выходного напряжения сумматора угол управления тиристорами уменьшается и рабочий ток возрастает, и наоборот.

При резке толстолистового проката или увеличении омического сопротивления нагрузки у серийно выпускаемых источников питания рабочий ток уменьшается. В нашем случае при увеличении выходного напряжения источника соответственно увеличивается выходное напряжение датчика обратной связи по напряжению, благодаря чему возрастает результирующее напряжение сумматора и, как следствие, уменьшается угол управления тиристорами, а рабочий ток поддерживается неизменным. Увеличение регулятором уровня сигнала коэффициент пропорциональности выходного напряжения датчика обратной связи по напряжению, можно получить увеличение тока при возрастании выходного напряжения источника, т. е. задавать угол наклона вольт-амперной характеристики источника в обе стороны относительно вертикали в зависимости от технологических потребностей. Увеличение регулятором уровня сигнала коэффициента пропорциональности выходного напряжения датчика обратной связи по току позволяет "завалить" нижнюю часть вольт-амперной характеристики, т.е. при снижении на нагрузке напряжения уменьшить ток через нее. Это позволяет в аварийных режимах, например при касании плазмотроном разрезаемого металла, когда резко уменьшается сопротивление нагрузки и напряжение на ней, уменьшить аварийный ток до уровня, значительно меньшего рабочего тока, и автоматически отключить источник питания.

Использование предлагаемого тиристорного источника питания позволяет разрезать металл большей на 30-40% толщины при улучшении качества реза, при этом повышения надежности защиты источника питания и плазмотронов в аварийных режимах.

Формула изобретения

1. ТИРИСТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА, содержащий последовательно соединенные блок аппаратуры управления, формирователь пилообразного напряжения и генератор импульсов управления, сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика программного сигнала, вход которого подключен к блоку аппаратуры управления, второй вход сумматора соединен с датчиком отрицательной обратной связи по току нагрузки, выход сумматора соединен с гененратором импульсов управления, выход которого подключен к тиристорному выпрямителю силовой цепи источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы источника при резке толстолистового проката, введен дополнительный датчик положительной обратной связи по напряжению, вход которого подключен к выходу фильтра силовой цепи, а выход соединен с входом сумматора.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью поддержания рабочего тока неизменным, датчик положительной обратной связи по напряжению снабжен регулятором.

3. Источник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, датчик отрицательной обратной связи по току нагрузки снабжен регулятором.

РИСУНКИ

Рисунок 1