воскресенье, 10 февраля 2013 г.

электропитание плазматронов тамкиви

Взаимосвязанная группа изобретений относится к электротехнике, в частности к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью плазмотрона, способу его управления и устройству для его осуществления, которые могут быть использованы в плазменной металлургии, плазмохимии.Известен способ электропитания плазмотронов постоянного тока с пористым вдувом плазмообразующего газа с использованием тиристорных выпрямителей, работающих в режиме стабилизации тока. Источник питания плазмотронов является стабилизатором с повышенными требованиями к динамическим характеристикам. Питание плазмотрона осуществлялось от двух управляемых выпрямителей, подключенных к сети 6,3 кВт, через автотрансформатор АТМНУ-10000/14 и разделительный трансформатор ТМРУ-16000/10. На стороне постоянного тока выпрямители соединялись последовательно. Управление обоих выпрямителей было общим.Данный способ не эффективен, поскольку регулирование постоянным током обладает узким динамическим диапазоном, особенно при изменении расходов плазмообразующих газов через плазмотрон. Вследствие неполной управляемости и дискретности тиристорного преобразователя, а также нелинейности и инерционности электрической дуги при увеличении расхода газа до 1,5 кг/с и вольт-амперного отношения свыше 2,5 в системе возникают автоколебания тока на низших субгармониках с частотой 15-120 Гц и амплитудой до 30-50% номинального тока (Генераторы низкотемпературной плазмы. Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы (Новосибирск 20-23 июня 1983 г.) часть 1. - А.А.Дурасов, О.Д.Зарайский, А.С.Красовский и др. Система электропитания мощных плазмотронов постоянного тока, стр.16-17).Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ стабилизации и регулирования электропитания плазмотронов, в котором ток каждого плазмотрона в отдельности задают с помощью широтно-импульсных модуляторов. В цепь тока последовательно включен регулирующий элемент - ключ, с помощью которого источник постоянного напряжения периодически подключается к нагрузке. Среднее значение напряжения в цепи и тока в нагрузке регулируют путем изменения скважности импульсов, т.е. времени включенного состояния при неизменном периоде. Для избежания прекращения тока в нагрузке при выключенном ключе в цепь включены дроссель и обратный диод. В интервале проводимости ключа дроссель запасает энергию, которая во время паузы передается нагрузке через диод. В результате в нагрузке течет постоянный ток с пульсациями, величина которых зависит от индуктивности дросселя и сопротивления нагрузки. Для развязки отдельных источников питания может потребоваться развязывающий фильтр. Обратная связь по току позволяет получить крутопадающие внешние характеристики с высокой стабильностью заданного тока.Из недостатков следует отметить генерацию различного рода помех, связанную с импульсным характером работы, и трудности реализации при повышенных мощностях, обусловленные отсутствием мощных высокочастотных полупроводниковых приборов (Многодуговые системы. Новиков О.Я., Тамкиви П.И., Тимошевский А.Н. и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - с.90-92).Известно устройство для управления режимом работы электродуговой установки, содержащее плазмотрон косвенного действия, выпрямитель, подключенный к катоду и аноду плазмотрона, источник плазмообразующего газа, блок управления пусковым режимом и возбуждения дугового разряда, вход которого подключен к общей цепи выпрямителя, отличающееся тем, что блок управления пусковым режимом и возбуждения дугового разряда снабжен катушками автоматических выключателей с линиями задержки, которые посредством управляющих контактов подключены к цепи возбуждения дугового разряда плазмотрона через тепловые реле, выпрямитель выполнен в виде полууправляемого трехфазного диодно-тиристорного выпрямителя, в каждую фазу которого введен дополнительный диод, а параллельно тиристору подключен резистор (Патент Украины 21208, кл. 6 Н05В 7/18, заявл. 11.05.1994, опубл. 16.10.2000, бюл. 5).Однако предлагаемая установка не обеспечивает стабильной работы плазмотрона и регулирования режимов работы по следующим причинам:- в процессе работы из-за высоких пульсаций тока происходит пробой тиристоров;- ключ возбуждения не обеспечивает надежного и устойчивого запуска плазмотрона;- не обеспечивается контроль надежности электрической прочности межэлектродных зазоров плазмотрона, что приводит к их преждевременному выгоранию;- не обеспечивается контроль за температурой и перегревом электродов плазмотрона.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принято устройство для управления электродуговой установкой, содержащее плазмотрон, источник плазмообразующего газа, блок управления пусковым режимом и возбуждения дугового разряда, включающий высокочастотный повышающий трансформатор, полууправляемый трехфазный диодно-тиристорный выпрямитель, подключенный к катоду и аноду плазмотрона, в каждую фазу которого введен дополнительный диод, резистор, подключенный параллельно тиристору размыкатель цепи тока, согласно изобретению, в полууправляемом трехфазном диодно-тиристорном выпрямителе последовательно с тиристором, со стороны анода, подсоединен резистор, а высокочастотный трансформатор выполнен на нескольких отдельных замкнутых магнитопроводах, первичные обмотки которых соединены последовательно, а вторичная обмотка охватывает все магнитопроводы и последовательно включена в катодную цепь, а в блок управления пусковым режимом и возбуждения дугового разряда введены устройства контроля температуры охлаждающей воды в электродах плазмотрона, например термопары, с блоками сравнения, устройства контроля электрической прочности межэлектродных промежутков плазмотрона, каждый из которых включает высокочастотный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с электродами через конденсатор, а вторичная соединена с блоками сравнения, устройство контроля износа электродов, в виде трубчатого электрода, установленного в полости катода плазмотрона с возможностью продольного перемещения, изолированного относительно торцевого завихрителя катода и подключенного с дополнительным регулируемым источником напряжения отрицательной или положительной полярности, связанным с блоком сравнения, а также - через регулятор расхода подключен к источнику плазмообразующего газа, при этом обмотка управления размыкателя цепи тока запитана через последовательно включенные контакты блоков сравнения (Патент Украины 74047, кл. 7 Н05В 7/18, заявл. 26.08.2003, опубл. бюл. 10, 2005).Однако данное устройство не позволяет быстро реагировать на изменение тока дуги. Частота, на которой работает тиристорный полууправляемый регулятор, определяет условия, при которых индуктивность дросселя должна быть достаточно большой. Работа дополнительного резистора, включенного последовательно с тиристором, приводит к большим потерям мощности и снижает в целом КПД устройства.В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа автоматического регулирования режимом работы плазмотрона путем обеспечения снижения амплитуды пульсации тока и напряжения, расширения диапазона регулирования рабочего режима плазмотрона, что позволит изменять энергетические характеристики плазмотрона, обеспечивающих надежную и экономичную его работу.В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствовать установку автоматического регулирования режимом работы плазмотрона, в которой за счет введения в схему управления новых элементов и узлов создать простую в обслуживании и надежную в работе установку, которая оптимизирует и расширяет возможности управления работой плазмотрона и расширяет область применения установки.Первая поставленная задача решается тем, что в способе автоматического регулирования режимом работы плазмотрона, при котором источник постоянного напряжения периодически подключают к плазмотрону с помощью транзисторного ключа, причем среднее значение напряжения и тока в плазмотроне регулируют путем изменения скважности импульсов, а поддержку непрерывного тока в плазмотроне осуществляют за счет установки в цепь дросселя, который в интервале проводимости ключа запасает энергию, а во время паузы передает энергию через обратный диод на плазмотрон, согласно изобретению, задают верхние и нижние пределы величин рабочего тока плазмотрона, напряжения дуги и напряжения каждого нейтрода с пульта управления установки и дополнительно задают верхние и нижние пределы величин расходов, давлений и температур газов и воды по каждому каналу пульта газоводяного, при этом, если сигналы датчиков находятся в заданных пределах, блок управления газоводяного пульта выдает сигнал на замыкание реле блокировки и разрешает работу плазмотрона, если сигналы по любому каналу выходят за заданные пределы, то с пульта управления установки подается сигнал на отключение плазмотрона, а стабилизацию тока осуществляют программным методом в блоке управления регулятора тока, сравнением величин заданного рабочего тока с сигналом аналогового датчика тока, причем во время запуска, при быстро изменяющихся значениях тока дуги от нуля до заданного значения, используют максимально допустимую частоту, а после окончания переходных процессов, при достижении заданного значения тока дуги, частота снижается до минимально возможного значения, при этом расширяют зону привязки дуги путем периодического изменения расхода плазмообразующего газа в одном из каналов подачи газа с помощью пневматического модулятора газового пульта, при этом сигнал, поступающий с аналогового датчика тока на блок управления регулятора тока, непрерывно анализируется в автоматическом режиме и, при появлении неустойчивого горения дуги, устанавливают максимально допустимую частоту коммутации транзисторного ключа, а после окончания переходных процессов, когда ток дуги достигает заданного значения, частота снижается до минимально возможного значения.Способ автоматического регулирования режимом работы плазмотрона - управляющий комплекс, в котором обеспечено сочетание систем управления, их универсальная совместимость, что позволяет оптимизировать и расширить возможности управления.Вторая поставленная задача решается тем, что установка автоматического регулирования режимом работы плазмотрона, содержащая трехфазный выпрямитель, блок возбуждения дуги с высоковольтным трансформатором, подключенный к катоду и аноду плазмотрона, согласно изобретению дополнительно содержит регулятор тока дуги, пульт газоводяной, оснащенный регуляторами расхода плазмообразующего газа с задающим устройством верхнего и нижнего пределов расхода газа, регуляторы расхода и датчики давления воды с устройствами, задающими верхний и нижний пределы расходов, а также пульт управления установкой, при этом выходные клеммы регулятора тока дуги подключены к выходным клеммам блока возбуждения дуги, выходные клеммы блока возбуждения подключаются к соответствующим электродам плазмотрона, а пульт управления установкой связан информационными шинами с регулятором тока, блоком возбуждения дуги и пультом газоводяным, причем высоковольтный трансформатор блока возбуждения дуги соединен с блоком высокого напряжения, управляющий вход которого связан с выходом блока управления возбуждения дуги, в плюсовой шине блока возбуждения дуги установлен датчик тока дуги, выход которого подключен к входу блока управления возбуждения дуги, а выход данного блока управления соединен с обмоткой контактора, который через проволочный резистор соединяет положительную шину с высоковольтным конденсатором и выходной клеммой нейтрода плазмотрона, а пусковые конденсаторы соединены с положительной шиной, а также с шиной отрицательной полярности через зарядный резистор и последовательно соединенные разрядный резистор и диод, причем выход блока управления возбуждения дуги также подключен к управляющей обмотке реле блокировки возбуждения дуги, которое подключено к пульту управления установкой, при этом регулятор тока дуги состоит из вводного блока защиты с клеммами для подключения питающей сети, трехфазного выпрямителя, сглаживающего конденсатора, транзисторного ключа, на выходе которого подключены обратный диод и дроссель, последовательно с которым включены датчик предельного тока и датчик тока аналоговый, а выход аналогового датчика тока подключен к блоку управления регулятором тока, причем управляющий вход транзисторного ключа подключен к выходу двухвходового формирователя, один из входов которого подключен к выходу блока управления регулятором тока, а второй подключен к выходу датчика предельного тока. Пульт газоводяной включает систему подачи плазмообразующего газа, которая состои

Изобретение может быть использовано в электротехнике, плазменной металлургии, плазмохимии и предназначено для автоматического регулирования режимом работы плазмотрона. Способ раскрывает последовательность действий по регулированию рабочего режима плазмотрона и его энергетических характеристик. Установка автоматического регулирования режимом работы плазмотрона включает регулятор тока дуги, блок возбуждения дуги, пульт газоводяной и пульт управления установкой. Технический результат - повышение надежности работы, обеспечение компактности и простоты в обслуживании. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ПЛАЗМОТРОНА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Неклеса Анатолий Тимофеевич (UA)

(73) Патентообладатель(и):

Неклеса Анатолий Тимофеевич (UA),Шиман Игорь Алексеевич (UA),Макаренко Александр Иванович (UA)

49100, Украина, г. Днепропетровск, наб. Победы,118, корп. 6, кв. 73, А.Т.Неклесе

Адрес для переписки:

UA 74047 С2, 15.10.2005. UA 21208 C2, 16.10.2000. RU 41227 U1, 10.10.2004. SU 1066049 А, 07.01.1984. WO 1991/011086 А, 25.07.1991.

(56) Список документов, цитированных в отчете опоиске:

(46) Опубликовано: 10.05.2010

(43) Дата публикации заявки: 10.08.2009

(30) Конвенционный приоритет:

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

(21), (22) Заявка: 2008104291/09, 04.02.2008

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУСтатус: по данным на 09.08.2010 - действует

G05B11/00   (2006.01)H05B7/18   (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБАПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

Патент на изобретение 2389055

Комментариев нет:

Отправить комментарий