ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к сварочной технике, а именно, к источникам питания для плазменно-дуговых установок.
Из патента РФ №2049614 известен источник питания для плазменно-дуговой обработки, содержащий выпрямитель, конденсатор и однофазный трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, первая из которых первым выходом подключена через конденсатор к первой входной клемме выпрямителя, а вторым выходом подключена к второй входной клемме выпрямителя, причем вторая вторичная обмотка выполнена с повышенным рассеянием, при этом выпрямитель выполнен по трехфазной мостовой схеме и третьей входной клеммой соединен с первым выводом второй вторичной обмотки, причем первая и вторая вторичные обмотки включены встречно.
Схема источника питания позволяет компенсировать реактивные составляющие токов вторичных обмоток, как следствие, обеспечить высокий коэффициент мощности устройства. Сниженные по сравнению с аналогами пульсации выходного тока в рабочей области также обусловлены фазовым сдвигом между токами вторичных обмоток.
Недостатком источника питания является то, что он не обеспечивает высокого качества обработки материалов, а встречное включение вторичных обмоток однофазного трансформатора приводит к увеличению массы и габаритов источника питания.
При выполнении устройства на неуправляемых вентилях это связано с недостаточной крутизной (углом наклона) внешней характеристики в рабочей области, и относительно высоким коэффициентом пульсации выходного тока, не менее 0,15-0,2.
При выполнении источника питания на управляемых вентилях можно обеспечить штыковую (с утлом наклона 90°) внешнюю характеристику в рабочей области. Однако это не приводит к улучшению качества обработки из-за значительного увеличения пульсаций в выходном токе при регулировании.
Качество плазменно-дуговой обработки материалов (резки, сварки и др.) определяется стабильностью параметров процесса.
Основными параметрами процесса, относящимися к источнику питания и определяющими качество плазменно-дуговой обработки, являются среднее значение, форма выпрямленного тока и напряжение холостого хода.
Источник питания с штыковой (в рабочей области) внешней характеристикой, низким уровнем пульсаций в выходном токе и достаточным для поддержания дуги напряжением холостого хода на выходе, обеспечивает стабильно высокое качество плазменно-дуговой обработки.
Нестабильность среднего и мгновенного значений выходного тока при плазменно-дуговой обработке приводит к неодинаковости протекания термических процессов и, нередко, становится причиной брака, особенно при резке, сварке материалов с высокой теплопроводностью.
Использование заявляемой полезной модели позволяет обеспечить высокое качество плазменно-дуговой обработки материалов, включая резку, сварку, наплавку, термообработку и т.д., улучшить массогабаритные показатели источника питания с высокими энергетическими характеристиками.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в источник питания для плазменно-дуговой обработки, содержащий выпрямитель, выполненный по трехфазной мостовой схеме, конденсатор и однофазный трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, первая из которых первым входом подключена через конденсатор к первой входной клемме выпрямителя, а вторым входом - к второй входной клемме выпрямителя, причем третьей входной клеммой выпрямитель соединен с первым выходом второй вторичной обмотки, второй выход которой соединен с вторым выходом первой вторичной обмотки, а вторая вторичная обмотка трансформатора выполнена с повышенным рассеянием, введен преобразователь напряжения с двумя входными и двумя выходными клеммами, причем входными клеммами преобразователь подключен параллельно первичной обмотке однофазного трансформатора, выходными клеммами - параллельно выходу выпрямителя, а первая и вторая вторичные обмотки однофазного трансформатора включены согласно.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема источника питания для плазменно-дуговой обработки.
Источник питания для плазменно-дуговой обработки содержит выпрямитель 1, выполненный по трехфазной мостовой схеме с первой 2, второй 3 и третьей 4 входными клеммами, однофазный трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 и двумя вторичными обмотками 7 и 8 соответственно. Первый вывод первой вторичной обмотки 7 однофазного трансформатора 5 подключен через конденсатор 9 к первой входной клемме 2 выпрямителя 1. Второй вывод первой вторичной обмотки 7 подключен к второй входной клемме 3 выпрямителя 1. Первый вывод второй вторичной обмотки 8, выполненной с повышенным рассеянием, соединен с третьей входной клеммой 4 выпрямителя 1, а ее второй вывод - с вторым выводом первой вторичной обмотки 7 однофазного трансформатора 5. Первая 7 и вторая 8 вторичные обмотки однофазного трансформатора 5 включены согласно. Нагрузка 10 является стабилизированной дугой (поток низкотемпературной плазмы). Преобразователь напряжения 11 двумя входными клеммами подключен параллельно первичной обмотке 6 однофазного трансформатора 5, а двумя своими выходными клеммами подключен параллельно выходу выпрямителя 1.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное может быть выполнен, например, на базе источника питания со звеном повышенной частоты (инвертор, чоппер и т.п.).
Часть источника питания с повышенным напряжением холостого хода на выходе, включающая выпрямитель, конденсатор и однофазный трансформатор обеспечивает стабильное зажигание и высокую устойчивость (эластичность) плазменной дуги в процессе работы.
Согласное включение двух вторичных обмоток однофазного трансформатора в заявляемой полезной модели позволяет уменьшить его массу и габариты по сравнению с трансформатором известного устройства за счет экономии активных материалов вторичных обмоток.
Это объясняется тем, что в оптимальном режиме, при равенстве реактивных сопротивлений фаз, одинаковых коэффициентах трансформации однофазных трансформаторов напряжение холостого хода на выходе и ток короткого замыкания в рассматриваемой части заявляемой полезной модели в 2 раза превышают напряжение холостого хода и ток короткого замыкания известного устройства.
Другая часть источника питания - преобразователь напряжения с пониженным напряжением холостого хода на выходе, обеспечивает идеально сглаженную форму и плавное регулирование выходного тока, штыковую внешнюю характеристику устройства.
Устройство работает следующим образом.
После подключения источника питания к сети переменного тока на выходе устройства устанавливается напряжение холостого хода. Выходное напряжение имеет две пульсации за период, соответствующий частоте питающей сети, так как отсутствует фазовый сдвиг между напряжениями на входе выпрямителя 1, а амплитудное значение напряжения холостого хода на выходе выпрямителя 1 превышает идеально сглаженное постоянное напряжение на выходе преобразователя напряжения 11. При подключении нагрузки 10 к выходу выпрямителя 1 и преобразователя напряжения 11 (при зажигании стабилизированной дуги) через нее начинает протекать ток, одна составляющая которого - через емкостную ветвь, включающую первую вторичную обмотку 7 однофазного трансформатора 5 и конденсатор 9, другая - через индуктивную ветвь, включающую вторую вторичную обмотку 8, выполненную с повышенным рассеянием, а третья - через преобразователь напряжения 11. Токи емкостной и индуктивной ветвей содержат активные и реактивные составляющие.
Реализация электрической схемы предлагаемого источника питания, в которой две вторичные обмотки однофазного трансформатора включены согласно, и дополнительно введен преобразователь напряжения, обеспечивает расширение технологических возможностей источника питания за счет плавного регулирования выходного тока при обеспечении высокого качества обработки материалов и одновременном улучшении массогабаритных показателей, обеспечении высокого (более 0,9) коэффициента мощности.
Повышение качества обработки материалов обусловлено снижением пульсаций выходного тока, повышением крутизны внешней характеристики и устойчивости (эластичности) плазменной дуги.
Снижение пульсаций выходного тока и повышение крутизны внешней характеристики обеспечивается преобразователем напряжения со звеном повышенной частоты, определяющим высокие динамические характеристики устройства.
Высокая эластичность плазменной дуги достигается за счет работы индуктивной ветви, включающей вторую вторичную обмотку с повышенным рассеянием и высокого напряжения холостого хода на выходе устройства.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет реализовать свойства источника питания, которые обеспечивают стабильно высокое качество обработки материалов за счет получения штыковой внешней характеристики, низкого уровня пульсаций выходного тока, а также высокий коэффициент мощности и улучшенные массогабаритные показатели устройства.
Заявляемая полезная модель безусловно эффективна и при автоматизации процесса плазменно-дуговой обработки материалов.