УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Полезная модель относится к системам управления плазмотронов и предназначена для эффективного розжига факела при использовании в качестве топлива высоковязкого или обводненного топочного мазута, а также отработанного моторного масла.
Известно 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, В23К 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.
Известно также устройство для формирования дугового разряда, включающее источник питания, возбудитель дуги, подключенный к дуговому, промежутку, и задатчик уставки заданного тока, при этом 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 к входу силового выпрямителя, выходы которого использованы как входы источника питания, содержащего фильтрующий конденсатор, широтно-импульсный регулятор, устройство сравнения 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 устройства сравнения, 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 устройства сравнения, выход которого, соединен с управляющим входом широтно-импульсного регулятора (см. патент РФ на ПМ №41227, Н05Н 1/02, 2004 г.)
Недостаток этого решения - недостаточно надежный розжиг рабочего факела при использовании в качестве топлива отработанного моторного масла или высоковязкого топочного мазута.
Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение надежности розжига рабочего факела и обеспечение оперативного его восстановления в случае погасания при использовании в качестве топлива отработанного моторного масла или высоковязкого топочного мазута.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении надежности розжига рабочего факела и обеспечении оперативного запуска котла в случае погасания факела. При этом устройство позволяет также воспламенять и сжигать в качестве топлива тяжелое углеводородное топливо, например даже отработанное машинное масло. Кроме того, увеличивается ресурс работы плазматрона за счет того, что устройство работает с увеличенным током плазмы только в случае погасания топливного факела, тогда как в штатном режиме розжига и в режиме подсветки ток плазмы поддерживается на минимальном уровне. При этом обеспечивается возможность реализации устройства при использовании низковольтных источников энергии. Кроме того, решаются такие важные проблемы как утилизация отработанного масла, улучшение экологической обстановки, значительное повышение экономической эффективности котельной установки при получении тепловой энергии.
Поставленная задача решается тем, что устройство для формирования дугового разряда, включающее источник питания, возбудитель дуги, подключенный к дуговому промежутку, и задатчик уставки заданного тока, при этом 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, устройство сравнения 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 устройства сравнения, 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 устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом широтно-импульсного регулятора, отличается тем, что дополнительно введены последовательно соединенные блок контроля освещенности от факела, пороговый элемент и формирователь временного интервала, причем выход формирователя временного интервала подключен на третий вход устройства сравнения.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Совокупность отличительных признаков формулы полезной модели, обеспечивает получение технического результата, которое выражается в обеспечении требований надежного воспламенения топлива в случае погасания факела, а именно перечисленные элементы и связи между ними обеспечивают увеличение суммарного задающего сигнала для контура регулирования тока на значение  в течение заданного интервала времени τ.
На фиг.1 показана схема устройства.
На чертеже показаны силовой трансформатор 1, включающий первичную 2, вторичные первую 3 и вторую 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, устройство сравнения 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, высоковольтный выпрямитель 29, задатчик 30 уставки заданного тока, блок контроля освещенности 31, пороговый элемент 32, формирователь временного интервала 33.
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 устройства сравнения 18 используют операционный усилитель в инвертирующем включении с тремя входами, на первый из которых подают сигнал, пропорциональный фактическому значению тока (со знаком минус) через дуговой промежуток, на второй вход - сигнал, пропорциональный заданному значению этого тока, а на третий вход - сигнал, пропорциональный заданному приращению уставки рабочего тока плазмы на время, определяемое формирователем временного интервала 33. В качестве измерителя тока 19 используют шунт, включенный в цепь тока, проходящего через дуговой промежуток. В качестве разрядника используют известный электронный прибор, обеспечивающий разряд соответствующего конденсатора за минимальный промежуток времени 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). В качестве блока контроля освещенности 31 используют светочувствительное устройство (фоторезистор, фотодиод и т.п.), изменяющее сигнал на своем выходе при изменении освещенности. Пороговый элемент 32 может быть выполнен по традиционной схеме, например, на основе операционного усилителя и не отличается от известных устройств сходного назначения. Формирователь временного интервала 33 может быть реализован как, например, одновибратор по обычной схеме и не отличается от известных устройств сходного назначения.
Вторичная обмотка 3 силового трансформатора 1 подключена к 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 к 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. 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 11. Заряд накопительного конденсатора 25 осуществляется от вторичной обмотки 4 силового трансформатора 1 через выпрямитель 28 и балластный резистор 24. Вторичная обмотка 4 силового трансформатора 1 подключена также через автотрансформатор 8 и высоковольтный выпрямитель 29 к стартовому конденсатору 27. Отрицательная обкладка стартового 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. Блок 31 контроля освещенности, пороговый элемент 32 и формирователь 33 временного интервала соединены последовательно, причем выход формирователя 33 временного интервала подключен на третий вход устройства сравнения 18.
1
2
Работа устройства заключается в следующем. 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 высоковольтную секцию 7 повышающего автотрансформатора 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 устройство сравнения 18, где сравнивается с заданным значением тока , поступающим от задатчика 30 уставки заданного тока. Рассогласование между заданным  и фактическим l* значениями тока воздействует на широтно-импульсный регулятор 17, в котором соответствующим образом изменяется скважность выходных импульсов напряжения так, что выполняется равенство . 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 - открытый диод (один из двух диодов катодной группы) 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 выше описано, повторяется поджиг дуги.
При горении рабочего факела светочувствительный элемент блока 31 контроля освещенности воспринимает световой поток факела, в результате на его выходе сигнал имеет минимальное значение, следовательно; на третьем входе устройства сравнения 18 дополнительный управляющий сигнал  также минимален. Погасание факела фиксируется светочувствительным элементом блока 31 контроля освещенности, который в результате падения освещенности вырабатывает управляющий сигнал на своем выходе. Этот сигнал через пороговый элемент 32 воздействует на формирователь 33 временного интервала, на выходе которого формируется сигнал  в течение заданного интервала времени τ, который поступает на третий вход устройства сравнения 18. Это приводит к увеличению результирующего задающего сигнала тока плазмы и повышению тепловой энергии плазменной струи, что повышает энергетическое воздействие на топливо и способствует лучшему розжигу факела.