ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПЛАЗМОТРОНА
PLASMATRON POWER SUPPLY SOURCE

Область техники
Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью плазмотрона, и может быть использовано, в частности, в установках газификации отходов.
Предшествующий уровень техники
Известны источники электропитания для плазмотронов. Так, для электропитания сварочных установок на основе воздушно-плазменной технологии используется источник питания (Патент US 5237153, 17.08.1993), содержащий входной трехфазный трансформатор, трехфазный выпрямитель с LC-фильтром и выходные регуляторы тока на основе импульсных преобразователей понижающего типа, причем ко входу регуляторы тока включены параллельно.
Для электропитания воздушно-плазменной сварочной установки используется источник питания (Патент US 5991169, 23.11.1999), содержащий входной однофазный выпрямитель, промежуточный инвертор напряжения, импульсный трансформатор с выходным выпрямителем и выходной регулятор тока на основе импульсного преобразователя понижающего типа.
Для электропитания воздушно-плазменной установки используется также источник питания (Патент US 6600134, 29.07.2003), содержащий входной трехфазный трансформатор, трехфазный выпрямитель и выходной регулятор тока. Основным недостатком известных технических решений является то, что при больших рабочих диапазонах выходных токов источника для того, чтобы обеспечить максимальную выходную мощность устройства, в них приходится использовать электрические узлы (трансформатор, выпрямители) с повышенной установленной мощностью.
Наиболее близким техническим решением является источник электропитания плазмотрона (Патент UA 84654, Бюл. №21. 2008). Данное устройство (фиг.1) содержит трехфазный выпрямитель 1, подключенный к сети трехфазного переменного напряжения, регулятор тока (РТ) 2, своим входом подключенный к выходу выпрямителя, а выходом подключенный к плазмотрону, систему управления (СУ) 3, подключенную к регулятору тока для управления регулятором, конденсатор фильтра 4, подключенный к выходу выпрямителя.
В данном устройстве для обеспечения заданного диапазона выходной мощности используются преобразовательные узлы с избыточной установленной мощностью и, как следствие, с высокой материалоемкостью, что существенно удорожает источник электропитания плазмотрона.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является уменьшение установленной мощности узлов источника питания плазмотрона.
При решении поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении материалоемкости источника питания плазмотрона.
Указанный технический результат достигается за счет того, что источник электропитания плазмотрона включает трехфазный мостовой выпрямитель на основе управляемых тиристоров, каждый из входов которого подключен к соответствующим фазным обмоткам внешнего силового трансформатора A, B, C, конденсатор фильтра, регулятор тока, систему управления, при этом выходные клеммы выпрямителя подключены к конденсатору фильтра и входу регулятора, выходные клеммы регулятора подключены ко входу плазмотрона, система управления подключена к исполнительным узлам регулятора, при этом источник электропитания плазмотрона дополнительно включает второй трехфазный мостовой выпрямитель на основе управляемых тиристоров и регулирующий коммутатор, состоящий из шести тиристоров, причем входные клеммы первого выпрямителя A1, B1, C1 подключены к группе фазных обмоток внешнего трансформатора, соединенных в треугольник, входные клеммы второго выпрямителя A2, B2, C2 подключены к группе фазных обмоток внешнего трансформатора, соединенных в звезду, положительная выходная клемма первого выпрямителя соединена с положительной выходной клеммой второго выпрямителя, положительной клеммой конденсатора фильтра и положительным входом регулятора, отрицательная выходная клемма первого выпрямителя соединена с отрицательной выходной клеммой второго выпрямителя, отрицательной клеммой конденсатора фильтра и отрицательным входом регулятора, катод первого тиристора коммутатора подключен ко входу A1 первого выпрямителя, катод второго тиристора коммутатора подключен ко входу B1 первого выпрямителя, катод третьего тиристора коммутатора подключен ко входу C1 первого выпрямителя, анод четвертого тиристора коммутатора подключен ко входу A2 второго выпрямителя, анод пятого тиристора коммутатора подключен ко входу B2 второго выпрямителя, анод шестого тиристора коммутатора подключен ко входу C2 второго выпрямителя, аноды первого, второго, третьего тиристоров коммутатора объединены с катодами четвертого, пятого, шестого тиристоров коммутатора в одну точку.
Технический результат достигается за счет введения коммутируемых выпрямителей, которые позволяют по сигналам управления подключать выпрямители последовательно или параллельно, и регулирующего коммутатора, реализующего данные подключения. При последовательном соединении выпрямителей напряжение на входе регулятора удваивается, что соответствует режиму работы источника питания при малых выходных токах на нагрузочной вольтамперной характеристике устройства. При параллельном соединении выпрямителей удваивается ток, который может отобрать регулятор из входной сети при меньшем напряжении на его входе. В результате такого решения удается практически вдвое снизить установленную мощность трансформатора. За счет уменьшения мощности трансформатора стоимость и материалоемкость источника питания уменьшаются, относительно варианта без коммутации выпрямителей.
Наличие в источнике электропитания плазмотрона второго трехфазного мостового выпрямителя и регулирующего коммутатора позволяет по команде системы управления формировать цепи выпрямления напряжения таким образом, что при одном состоянии коммутатора формируется последовательное по выходу соединение выпрямителей, при другом состоянии коммутатора формируется параллельное по выходу соединение выпрямителей. Это позволяет на участке малых токов, потребляемых регулятором (равных порядка половины от максимального), формировать на его входе повышенное (удвоенное) напряжение за счет последовательного соединения выпрямителей, а на участке максимальных токов, потребляемых регулятором, допускать пониженное напряжение (на уровне напряжения на одном выпрямителе) за счет параллельного соединения выпрямителей, что обуславливает возможность снижения установленной мощности внешнего силового трансформатора и элементов выпрямителей в два раза и возможность снижения материалоемкости внешнего силового трансформатора и элементов выпрямителей.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена структурная схема источника электропитания плазмотрона по патенту UA 846546 выбранного в качестве наиболее близкого аналога;
на фиг.2 изображена структурная схема заявленного технического решения.
Вариант осуществления изобретения
Предлагаемое устройство (фиг.2) включает два управляемых выпрямителя (1), (2), выходы которых объединены параллельно, а входы подключены к внешнему силовому трансформатору: входы (A1), (B1), (C1) подключены к группе обмоток трансформатора, соединенных в треугольник, входы (A2), (B2), (C2) подключены к группе обмоток трансформатора, соединенных в звезду. Устройство содержит регулирующий коммутатор (3), подключенный между входами выпрямителей. К выходу выпрямителей подключен конденсатор фильтра (4) и регулятор тока (5). Устройство также содержит систему управления (6), подключенную каналами управления к регулятору тока, выпрямителям и коммутатору. Управляемые выпрямители и регулирующий коммутатор содержат управляемые тиристоры (7), (8), (9-24).
Устройство работает следующим образом.
В режиме малых токов, потребляемых регулятором тока (5), система управления (6) формирует сигналы управления, которые поддерживают в открытом состоянии тиристоры (13), (14), (15) в выпрямителе (1), все тиристоры (7), (8), (9-12) регулирующего коммутатора (3) и тиристоры (22), (23), (24) выпрямителя (2). Тиристоры (16), (17), (18) и (19), (20), (21) находятся в постоянно запертом состоянии. Таким образом формируется контур выпрямления с двумя выпрямителями, соединенными по выходу последовательно. Это выпрямитель на основе тиристоров (13), (14), (15) и (7), (8), (9), а также выпрямитель на основе тиристоров (10), (11), (12) и (22), (23), (24). Выходное напряжение, равное по величине удвоенному напряжению на каждом выпрямителе, подается на регулятор тока (5). С выхода регулятора тока напряжение подается на плазмотрон.
В режиме максимальных токов, потребляемых регулятором тока (5), система управления (6) формирует сигналы управления, которые поддерживают в открытом состоянии все тиристоры (13), (14), (15), (16), (17), (18) в выпрямителе (1), все тиристоры (19), (20), (21), (22), (23), (24) в выпрямителе (2). Все тиристоры (7), (8), (9), (10), (11), (12) регулирующего коммутатора (3) находятся в постоянно запертом состоянии. Выходное напряжение, равное по величине напряжению на выпрямителе (1) и (2), подается на регулятор тока (5). С выхода регулятора тока напряжение подается на плазмотрон.
Таким образом, в данной схеме, в отличие от прототипа, регулирующий коммутатор позволяет по сигналам управления подключать выпрямители последовательно или параллельно по выходу. При последовательном соединении выпрямителей на этапе малых токов потребления напряжение питания регулятора тока удваивается, а при параллельном соединении выпрямителей удваивается ток, который поступает на вход регулятора тока при вдвое меньшем напряжении питания. Это позволяет вдвое снизить установленную мощность трансформатора и элементов выпрямителей, а также позволяет снизить материалоемкость трансформатора и элементов выпрямителей. За счет такого эффекта стоимость и материалоемкость источника питания плазмотрона уменьшаются.