Источники питания для установок плазмен



Особенности плазменной дуги как электрической нагрузки.

При выборе и расчете источников питания определяющее значение имеет вид статической вольт-амперной характеристики нагрузки (ВАХ). Вид вольт-амперной характеристики плазменной дуги показан на рис. 11.


Рис. 11. Вольт-амперные характеристики дуги (1) и внешние характеристики источников питания: 2 — пологопадающие; 3 — крутопадающие; 4 — источник с отрицательным сопротивлением; I — участок падающей ВАХ дуги; II — участок возрастающей ВАХ дуги; А — рабочая точка.

На ВАХ имеется два участка: при малых токах дуги характеристика падающая; с увеличением тока она становится жесткой или слабовозрастающей. Из вольт-амперной характеристики видно, что плазменная дуга представляет собой нелинейную нагрузку. Обычно (за исключением микроплазменной сварки) рабочим является второй участок ВАХ. На этом участке плазменная дуга может быть представлена (для удобства расчетов) как нагрузка типа противоэдс (Uд = Eо) либо как сумма противоэдс и линейного активного сопротивления:

Исходя из вида рабочего участка ВАХ плазменной дуги и известного [17] условия устойчивости системы источник питания — дуга

источник питания должен иметь пологопадающие внешние статические характеристики (ВСХ).

Однако выполнение условия устойчивости является необходимым, но недостаточным условием для определения формы ВСХ источника питания. От угла наклони ВСХ зависит также стабильность работы плазмотрона и протекания процесса плазменной обработки при колебаниях напряжения на дуге.

Экспериментально установлено, что процесс горения плазменной дуги сопровождается колебаниями напряжения, имеющими различную природу. Во-первых, существуют спонтанные колебания напряжения, обусловленные процессами ионизации газа. Амплитуда этих колебаний определяется главным образом родом плазмообразующего газа. Во-вторых, имеются колебания напряжения, вызываемые внешними возмущениями — изменением длины дугового промежутка, расхода плазмообразующего газа и др. [2].

Нетрудно убедиться (рис. 12), что при пологопадающих ВСХ источника питания колебания напряжения на дуге будут вызывать колебания тока дуги. Самопроизвольные колебания тока плазменной дуги — крайне нежелательное явление. Они вызывают, с одной стороны, нарушение технологических параметров процесса плазменной обработки, а с другой — нарушение нормальной работы плазмотрона — образование так называемой двойной дуги 1 [2]. Таким образом, ВСХ источников питания для плазменной обработки должны быть крутопадающими.


Рис. 12. Колебания тока дуги при колебаниях напряжения на ней:
1 — вольт-амперная характеристика дуги; 2 — внешняя статическая характеристика источника питания Vд(Uд)— напряжение на дуге; Iд — ток дуги; А — рабочая точка.

Изложенное выше относится к установившимся режимам работы системы источник питания — дуга и соответственно к статическим характеристикам источника питания. Особенности работы системы в переходных режимах во время возбуждения дуги определяют требования к динамическим характеристикам источника питания.

Обычно процесс возбуждения плазменной дуги протекает следующим образом:
с помощью высокочастотного высоковольтного напряжения осциллятора в промежутке электрод — сопло плазмотрона возбуждается искровой разряд. Под воздействием электрического поля источника питания искровой разряд переходит в дуговой. Возбуждается так называемая дежурная дуга между электродом и соплом плазмотрона;
потоком плазмообразующего газа дежурная дуга выдувается из сопла в виде факела длиной 20—40 мм. Анодное (катодное) пятно дежурной дуги перемещается при этом с внутренней кромки сопла на его торцовую поверхность;
при касании факела дежурной дуги обрабатываемого изделия происходит замыкание цепи электрод — изделие и возникает основная дуга. Ток дежурной дуги при этом падает до нуля.

1. Двойная дуга — аварийный режим работы плазмотрона, при котором образуются две дуги — между электродом и соплом плазмотрона и между соплом и обрабатываемым изделием, при этом вследствие большого тепловыделения сопло оплавляется и разрушается.

Читайте также:  Установка камеры видеонаблюдения пенза

Источник

Pereosnastka.ru

Источники питания плазменной дуги
Источники питания плазменной дуги

Источниками питания плазменной дуги могут служить стандартные сварочные выпрямители, преобразователи и трансформаторы. Внешние характеристики этих источников питания должны быть крутопадающими, например выпрямители ВД-301, ВКС -500, преобразователи ПСО -500 и др. В этом случае ток плазменной дуги будет постоянным по величине, что обеспечит высокое качество сварки или резки.

Если рабочее напряжение плазмотрона превышает номинальное напряжение источника питания, необходимо соединять два или три одинаковых источника последовательно. При последовательном соединении генераторов их обмотки возбуждения также соединяются последовательно и питаются от оощего выпрямителя, что обеспечивает постоянный режим работы генераторов.

ГОСТ 14935—69 предусматривает производство выпрямителей для плазменно-дуговой резки на рабочие токи 400, 630 и 1000 А с рабочим напряжением от 65 до 350 В и напряжением холостого хода от 90 до 500 В (безопасность рабочего-оператора обеспечивается конструкцией плазмотрона). Выпрямители предназначены для питания постов ручной и механизированной резки; они должны иметь крутопадающие внешние характеристики.

В качестве специальных источников питания плазменной дуги применяют выпрямительные установки с вертикальными внешними характеристиками.

Аппарат АМ-1 предназначен для микроплазменной сварки тонколистовых металлов вольфрамовым электродом. Ток регулируется от 0,5 до 15 А при изменении рабочего напряжения от 0 до 60 В.

Для плазменной резки предназначены выпрямители типов ИПГ -500, ИПР -120/600 и др.

Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал для импульсной микроплазменной сварки металлов толщиной до 3 мм источник питания МПУ -5 и для металлов толщиной от сотых долей миллиметра до 1 мм — источник МПИ -3.

Источник

Требования, устройство и принцип работы источника питания для сварки сжатой дугой

Сжатая (плазменная) дуга используется при сварке, наплавке, резке и напылении, а также при плазменно-механической обработке.

Плазменная сварка и наплавка выполняются с помощью плазмотрона, изображенного на рис. 5.22. Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и

деталью, сжимается потоком аргона, проходящего по каналу сопла диаметром от 0,5 до 6 мм. По сравнению со свободной дугой сжатая дуга имеет более высокую температуру (до 20000 К по оси столба), повышенную проплавляющую способность и высокую пространственную устойчивость.

Рис. 5.22. Схемы плазменных процессов: а – сварка на постоянном токе; б – сварка на переменном токе; в – резка; — г – наплавка

Увеличение глубины проплавления в 1,5-2 раза по сравнению со сваркой свободной дугой позволяет соединить за один проход металл толщиной до 20-30 мм. Малые размеры и высокая пространственная стабильность сжатой дуги позволили рекомендовать ее и для соединения сверхтонких материалов (до 0,05 мм) без прожогов и непроваров. Эта разновидность сварки (при токе ниже 25 А) названа микроплазменной. Сжатая дуга зажигается поэтапно. Сначала зажигается дежурная дуга 1 между электродом и соплом. Выдуваемая из сопла плазменная струя касается детали, в результате чего между электродом и деталью возникает основная дуга 2. После этого дежурная дуга гаснет. При неблагоприятных условиях сварки (малый диаметр сопла, малый расход газа, резкое нарастание тока) основная дуга может перейти на сопло, при этом возникает каскадная (двойная) дуга 3, быстро разрушающая сопло. Начальное возбуждение дежурной дуги, выполняется осциллятором или возбудителем G1, обычно последовательного включения. Источник G2 — выпрямитель с крутопадающей характеристикой обеспечивает небольшой ток дежурной дуги через балластный реостат (до 20 А). После погасания дежурной дуги включается в работу основной источник постоянного тока G3, при этом обычно применяется прямая полярность тока, как и при сварке свободной дугой. Внешняя характеристика источника должна быть крутопадающей, при этом обеспечивается устойчивость дуги и стабильность проплавления. Плавное или ступенчатое нарастание основного тока снижает опасность образования двойной дуги. Основной импульсный источник может применяться при сварке сжатой пульсирующей дугой. Основной источник переменного тока рекомендуется для сварки алюминиевых сплавов, но из-за низкой стойкости вольфрамового электрода его применение ограничено.

Читайте также:  Установка зажигания ваз 2110 инжектор 8 клапанов метки

Оригинальное решение найдено при микроплазменной сварке тонко­листового алюминия (см. рис.5.22,б). В этом случае от сварочного трансформатора Т через тиристор VS1 питается основная дуга 2 прямой полярности между электродом и деталью. От того же трансформатора, но уже через тиристор VS2 питается дуга 4 обратной полярности, горящая между соплом и деталью. Высокая стойкость электрода гарантируется здесь использованием его только в полупериоде прямой полярности. Надежному повторному зажиганию способствует непрерывно горящая дежурная дуга 1.

Плазменная резка (см. рис. 5.22,в) выполняется за счет расплавления металла сжатой дугой и удаления его из полости реза благодаря кинетической энергии плазменной струи. Для повышения плавящей способности дуги плазмообразующими газами служат двухатомные (водород, азот), обладающие большой теплопроводностью. После разработки электродов с химически стойкими циркониевыми и гафниевыми вставками резка выполняется в основном дешевым сжатым воздухом. Длина дуги при плазменной резке с учетом большой внутрисопловой составляющей (не менее 10 мм) и участка внутри реза, имеющего протяженность около 2/3 толщины детали, очень велика (20-200 мм). Градиент потенциала в столбе дуги также велик — внутри сопла до 20 В/мм. Поэтому напряжение режущей дуги достигает 65-350 В, т.е. существенно выше, чем при сварке.

Высокое напряжение холостого хода 180-500 В — специфическое требование к источнику для плазменной резки. Режущая дуга непрерывно перемещается по глубине реза, при этом амплитуда колебаний напряжения дуги может достигать 40-60 % от его среднего значения. В этом случае устойчивость дуги может быть достигнута не просто при положительной, но еще и сравнительно большой величине коэффициента устойчивости системы «источник — дуга» (Ку=rд -rи>>0). Внешняя характеристика источника должна быть вертикально падающей с величиной дифференциального сопротивления, не ниже | rи | = 5 В/А. Остальные требования к источнику совпадают с требованиями для плазменной сварки.

Плазменно-механическая обработка (токарная, строгальная) — процесс родственный плазменной резке. Плазматрон разогревает поверхность обрабатываемой детали, в результате чего значительно повышается подача, а следовательно, и производительность черновой обработки, особенно труднообрабатываемых твердых металлов. Требования к источнику те же, что и при плазменной резке.

Плазменное напыление(см. рис. 5.22,г) происходит при косвенном нагреве детали и плавлении порошка плазменной струей.

Дуга горит только в плазматроне между электродом и соплом. Отдельный источник дежурной дуги не нужен, в остальном требования к источнику совпадают с изложенными для других способов плазменной обработки деталей. Технические характеристики источников питания для плазменной сварки, наплавки и напыления приведены в приложении.

Источник

Блок питания для аппарата плазменной резки

Для работы плазмореза необходим блок электропитания, который обеспечивает режущий узел строго заданными по амплитуде электрическими током и напряжением. Основополагающим узлом блока питания для аппарата плазменной резки могут быть:

  • трансформатор;
  • инвертор.
Читайте также:  Розетки для наружной установки накладные

Трансформатор

Сварочный трансформатор не чувствителен к перепадам напряжения, что существенно при наличии маломощной электросети (например, в сельской местности). Вторым большим плюсом этого устройства электропитания является то, что он позволяет резать толстый металл. Кроме того, трансформатор является сравнительно простым с конструктивной точки зрения аппаратом, и часто для питания плазморезов применяются самодельные устройства.

Но у трансформатора есть два больших минуса:

  • низкий КПД;
  • большой вес.

Инвертор

Инверторный источник электропитания лишён недостатков сварочного трансформатора. Он имеет целый ряд «плюсов» по сравнению с ним:

  • ниже стоимость;
  • меньшая масса;
  • более экономичен.

КПД инвертора на 30 % выше, чем у трансформаторного источника электропитания. С малогабаритным инвертором удобно работать в труднодоступных местах.

Единственным «минусом» инверторного источника электропитания является то, что плазморез, питающийся от него, не может резать толстые заготовки.

Популярные бренды и модели

Большой популярностью пользуются инверторные аппараты плазменной резки бренда «Brima» (например, модель «Brima CT 416») и трансформаторные бренда «ПУРМ» (например, модель «ПУРМ-400 В»).

Источник

Источники питания плазмотронов серии (СПТП)

Статические преобразователи тока плазмотрона (СПТП) – программируемые источники питания плазматронов плазменных технологических установок, удовлетворяющий специфическим требованиям.Плазмотрон, как нагрузка, представляет собой сложную нелинейную нагрузку и предъявляет особые требования к источнику питания. Критичным параметром является очень малая инерционность плазменного разряда (единицы – десятки микросекунд). Источник питания должен обладать жесткой характеристикой источника тока, обеспечить эти характеристики при столь малой инерционности, возможно либо при помощи линейного дросселя (реактора), либо дросселя насыщения (магнитного усилителя). Кроме того устойчивость горения дуги плазменного разряда в электрохимических технологических установках (по сравнению с установками для плазменной резки металлов) ухудшается составом газов и присадок, затрудняющих горение дуги. При работе плазмотрона в электрохимических технологических установках в токе дуги появляются высокочастотные составляющие, связанные с неустойчивой формой плазменного разряда.

Исходя из выше сказанного, источник питания должен иметь жесткую выходную характеристику по току, обеспечивать пульсации и стабильность выходного тока на уровне не более 2% и необходимое быстродействие обратной связи.

Источники серии СПТП – выполняют эти требования, благодаря специальной схеме силовой части преобразователя, включающей в себя высокочастотный дроссель насыщения, который обладает параметрическими свойствами ограничения и стабилизации заданного тока. А также современной микропроцессорной системе управления, позволяющей использовать адаптивные алгоритмы управления током дуги. Напряжение холостого хода порядка 800 В.

Для местного управления параметрами источники серии СПТП имеют сенсорную Панель оператора и интерфейс RS-485 для дистанционного управления и мониторинга параметров источника питания с компьютера, что обеспечивает легкую интеграцию в автоматизированную систему управления технологическим процессом.

Используемый в составе источников серии СПТП – осциллятор позволяет настроить минимально необходимую энергию поджигающего импульса, для снижения уровня электромагнитных помех от установки. Напряжение холостого хода основного источника составляет 800 В, что облегчает запуск плазматрона.

Источники серии СПТП – выполнены в закрытом (практически герметичном) корпусе, так как для охлаждения источника используется вода, что исключает попадание в него технологической пыли, и как следствие отсутствие регламентных работ по обслуживанию источника. Использование высокой частоты позволяет снизить вес и габариты источника, по сравнению с источником такой же мощности на сетевой частоте (при мощности 100кВт, вес СПТП-250 –150кг).

Источник

Adblock
detector