УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Полезная модель относится к системам управления плазмотронов и может быть использована для формирования дугового разряда и его поддержания в процессе работы плазмотрона.
Известно устройство для формирования дугового разряда, включающее узел управления, содержащий полууправляемый мостовой выпрямитель, трехфазный силовой трансформатор, группу управляемых вентилей, ограничительный резистор, датчик тока, узлы сравнения, первый и второй релейные элементы, блок задания тока и дроссель связанный с электродом плазмотрона (см. а.с. СССР №1668073, В 23 К 10/02, 1991).
Недостаток этого решения - конструктивная сложность и недостаточно стабильная работа плазмотрона во всем диапазоне динамических и статических режимов горения плазменной дуги.
Известно также устройство для формирования дугового разряда, включающее источник питания, возбудитель дуги, токоограничивающий резистор, подключенный к электроду плазмотрона и задатчик уставки заданного тока (см. а.с. СССР №1646743, В 23 К 10/02, 1991).
Недостаток этого решения - недостаточно надежный запуск и стабильная работа плазмотрона, кроме того, на этом принципе невозможно реализовать малогабаритное устройство пригодное для использования в быту и работающее от сети 220 в.
Задачей на решение которой направлено заявленное решение является повышение стабильности работы плазмотрона и обеспечение возможности его реализации при использовании низковольтных источников энергии.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в обеспечение работы устройства при использовании электрического тока напряжением 220 в. Кроме того, обеспечивается саморегулирование процесса поддержания и сохранения дугового разряда
Поставленная задача решается тем, что устройство для формирования дугового разряда, включающее источник питания, возбудитель дуги подключенный к дуговому промежутку, токоограничивающий резистор, подключенный к электроду плазмотрона и задатчик уставки заданного тока, отличается тем, что возбудитель дуги содержит, подключенный к отрицательному электроду дугового промежутка, выводом высоковольтной секции, повышающий автотрансформатор, параллельно низковольтной секции которого, через разрядник, подключен стартовый конденсатор, обкладки которого связаны с выводами высоковольтного выпрямителя, подключенного к автотрансформатору, кроме того, параллельно дуговому промежутку подключен накопительный конденсатор, положительная обкладка которого, через первый развязывающий диод, соединена с анодом дугового промежутка, а отрицательная обкладка, через повышающий автотрансформатор соединена с его катодом, при этом, положительная обкладка накопительного конденсатора, через балластный резистор, а его отрицательная обкладка, непосредственно, связаны с выводами мостового выпрямителя, кроме того, устройство содержит силовой трансформатор, первая вторичная обмотка которого подключена ко входу силового выпрямителя, выходы которого использованы как входы источника питания, содержащего фильтрующий конденсатор, широтно-импульсный регулятор, сумматор и задатчик уставки заданного тока, причем, отрицательный выход силового выпрямителя подключен к отрицательной обкладке фильтрующего конденсатора и, в качестве отрицательного вывода источника тока, подключен к первому выводу измерителя тока, второй вывод которого связан с первым входом сумматора, а третий вывод связан с выводом низковольтной секции повышающего автотрансформатора, при этом, положительный выход силового выпрямителя подключен к положительной обкладке фильтрующего конденсатора и первому входу широтно-импульсного регулятора, выход которого использован в качестве положительного вывода источника тока, который через дроссель и второй
развязывающий диод подключен к аноду дугового промежутка, кроме того, между положительным и отрицательным выводами источника тока включен обратный диод, причем вторая вторичная обмотка силового трансформатора подключена к мостовому выпрямителю и автотрансформатору, кроме того, задатчик уставки заданного тока связан со вторым входом сумматора, выход которого, соединен с управляющим входом широтно-импульсного регулятора.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения решают функциональные задачи, обеспечивающие получение технического результата, а именно, обеспечивают работу устройства при использовании электрического тока напряжением 220 в и обеспечивают саморегулирование процесса поддержания и сохранения дугового разряда На фиг.1 показана схема устройства.
На чертежах показаны силовой трансформатор 1, включающий первичную 2, вторичные первая 3 и вторая 4 обмотки, повышающий автотрансформатор 5, включающий низковольтную 6 и высоковольтную 7 секции, автотрансформатор 8, включающий низковольтную 9 и высоковольтную 10 секции, дуговой промежуток 11 между катодом 12 и анодом 13, силовой выпрямитель 14, источник питания 15, включающий фильтрующий конденсатор 16, широтно-импульсный регулятор 17, сумматор 18. Также показаны измеритель тока 19, обратный диод 20, дроссель 21, развязывающие диоды 22 и 23 (соответственно второй и первый), балластный резистор 24, накопительный конденсатор 25, разрядник 26, стартовый конденсатор 27, мостовой выпрямитель 28 выполненный на диодах Д4...Д7, высоковольтный выпрямитель 29, задатчик 30 уставки заданного тока.
В качестве силового трансформатора 1, повышающего автотрансформатора 5 и автотрансформатора 8 использованы аппараты сходного назначения, известной конструкции, рабочие характеристики которых соответствуют рабочим параметрам схемы, при этом, первичная обмотка 2 силового трансформатора 1 подключена в сеть 220 в.
Силовой выпрямитель 14, выполнен по мостовой схеме и не отличается от известных устройств сходного назначения. Широтно-импульсный регулятор 17 обеспечивает регулирование среднего значения тока через дуговой промежуток и не отличается от известных устройств сходного назначения.
В качестве сумматора 18 используют операционный усилитель в инвертирующем включении с двумя входами, на первый из которых подают сигнал, пропорциональный заданному значению тока через дуговой промежуток, а на второй вход - сигнал, пропорциональный фактическому значению этого тока, со знаком (-).
В качестве измерителя тока 19 используют шунт, включенный в цепь тока, проходящего через дуговой промежуток.
В качестве разрядника используют известный электронный прибор, обеспечивающий разряд, за минимальный промежуток времени, соответствующего конденсатора и, тем самым, увеличение удельной мощности разрядного импульса.
Выпрямитель 28, выполнен по мостовой схеме и не отличается от известных устройств, сходного назначения.
Высоковольтный выпрямитель 29 выполнен по схеме удвоения напряжения на высоковольтных диодах и не отличается от известных устройств, сходного назначения.
В качестве задатчика 30 уставки заданного тока используют известное устройство, например переменный резистор включенный по схеме потенциометра (при этом, в зависимости от конструкции и мощности плазмотрона, диапазон уставок заданного тока обеспечивающий
устойчивую работу плазмотрона будет заранее известен и находится в достаточно узком диапазоне).
Вторичная обмотка 3 силового трансформатора 1 подключена ко входу силового выпрямителя 14, выходы которого являются входами источника питания 15 (отрицательный выход силового выпрямителя 14 подключен к соответствующей обкладке фильтрующего конденсатора 16 и первому входу измерителя тока 19, положительный выход силового выпрямителя 14 подключен к соответствующей обкладке фильтрующего конденсатора 16 и первому входу широтно-импульсного регулятора 17).
Контур регулирования тока дуги образован следующими элементами и связями: - положительный вывод силового выпрямителя 14, соединенный с положительной обкладкой фильтрующего конденсатора 16, подключен ко входу широтно-импульсного регулятора 17, выход которого, через дроссель 21 и диод 22 подключен к аноду 13 дугового промежутка 11, а катод 12 дугового промежутка, через повышающий автотрансформатор 5 и измеритель тока 19 соединен с отрицательным выводом силового выпрямителя 14, к которому подключена отрицательная обкладка фильтрующего конденсатора 16. Между выходом широтно-импульсного регулятора 17 и отрицательным выводом силового выпрямителя 14 включен обратный диод 20.
4
7
К дуговому промежутку 11 подключен также накопительный конденсатор 25, причем его положительная обкладка, через диод 23 соединена с анодом 13, а отрицательная обкладка, через повышающий автотрансформатор 5 - с катодом 12 дугового промежутка. Заряд накопительного конденсатора 25 осуществляется от вторичной обмотки 4 силового трансформатора 1, через выпрямитель 28 на диодах Д...Д и балластный резистор 24.
Вторичная обмотка 4 силового трансформатора 1 подключена также через автотрансформатор 8 и высоковольтный выпрямитель 29 к накопительному конденсатору 27. Отрицательная обкладка накопительного
конденсатора 27 соединена с отводом от обмотки повышающего автотрансформатора 5, а его положительная обкладка, через разрядник 26 - с выводом низковольтной секции 6 обмотки повышающего автотрансформатора 5. Вывод высоковольтной секции 7 обмотки повышающего автотрансформатора 5 подключен к катоду 12 дугового промежутка 11.
Работа устройства заключается в следующем.
1
2
зад.
зад.
*
*
*
*
*
При включении питания и увеличении напряжения на стартовом конденсаторе 27 до определенной величины происходит пробой разрядника 26 и в низковольтной секции 6 повышающего автотрансформатора 5 формируется импульс тока i, который, затем, трансформируясь в высоковольтной секции 7 повышающий автотрансформатор 5, создает импульс высокого напряжения, приложенный к дуговому промежутку 11. Возникающий в дуговом промежутке «тонкий токопроводящий канал» с током i, вызывает разряд через него (т.е., через «тонкий токопроводящий канал») накопительного конденсатора 25, что приводит к увеличению мощности токопроводящего канала и замыканию контура регулирования тока дуги. Ток дуги в этом контуре измеряется измерителем тока 19 и сигнал I (с выхода измерителя тока 19) поступает на сумматор 18, где сравнивается с заданным значением тока 1*зад. поступающим от задатчика 30 уставки заданного тока. Рассогласование между заданным I  и фактическим I значениями тока воздействует на широтно-импульсный регулятор 17, в котором соответствующим образом изменяется скважность выходных импульсов напряжения так, что выполняется равенство I=i
Дроссель 21 обеспечивает непрерывный ток дуги, который замыкается через обратный диод 20 при коммутации широтно-импульсного регулятора 17.
При горении дуги дуговой промежуток 11 замкнут и для стартового конденсатора 27 возникает шунтирующий контур: отрицательная обкладка этого конденсатора - высоковольтная секция 7 повышающего
автотрансформатора 5 - дуговой промежуток 11 - открытый диод 23 -балластный резистор 24 - открытые диоды Д4 или Д5 (выпрямителя 28) -автотрансформатор 8 - высоковольтный выпрямитель 29 - положительная обкладка стартового конденсатора 27.
При обрыве дуги шунтирующее действие этого контура исчезает, стартовый конденсатор 27 заряжается, происходит пробой разрядника 26 и далее, как уже вышеописано, повторяется поджег дуги.
Таким образом обеспечивается практически непрерывное горение дуги.