Пристрій для керування електродуговою установкою

Винахід належить до галузі електротехніки, зокрема до систем автоматичного керування електродуговими плазмовими установками, які можуть знайти застосування в плазмовій металургії, плазмохімії. Відомий пристрій для керування режимом роботи електродугової установки, який містить плазмотрон непрямої дії, випрямляч, з'єднаний з джерелом живлення, підключений до катоду та аноду плазмотрону, джерело плазмотвірного газу, блок керування пусковим режимом та збудження дугового розряду, вихід якого підключений до мережі збудження дугового розряду, а його вхід підключений до загальної мережі випрямляча [Э.М. Эсбиян, Плазменно-дуговая аппаратура. Киев, „Техника", 1971, с. 137-140]. Недоліком відомої установки є неможливість забезпечення стабільного режиму дугового розряда і регулювання режиму роботи, а також низький термін роботи електродів в плазмотронах непрямої дії. Найбільш близьким по технічній сутності та досягаємому результату (прототип) є пристрій для керування режимом роботи електродугової установки, що містить плазмотрон непрямої дії, підключений до катоду і аноду плазмотрону, джерело плазмотвірного газу, блок керування пусковим режимом та збудження дугового розряду, вхід якого підключений до загальної мережі випрямляча, який відрізняється тим, що блок управління пусковим режимом і збудження дугового розряду постачений котушками автоматичних розмикачів з лініями затримки, які за допомогою керуючих контактів підключені до мережі збудження дугового розряду плазмотрона через теплові реле. Випрямляч виконаний у вигляді напівкерованого трифазного діодно-тиристорного випрямляча, в кожну фазу якого введено допоміжний діод, а паралельно тиристору підключений резистор [Патент України № 21208, кл. Н 05 В 7/18, заявл. 11.05.94., опубл. 16.10.2000]. Проте ця установка не забезпечує стабільної роботи плазмотрона і регулювання режимів його роботи з таких причин: в процесі роботи через високі пульсації струму виникають пробої тиристорів; - блок збудження не забезпечує надійного і сталого запуска плазмотрона; - не забезпечується контроль надійності електричної міцності проміжелектродних вставок плазмотрона, що спричиняє їх передчасному вигорянню; - не забезпечується контроль за температурою та перегрівом електродів плазмотрону. В основу винаходу поставлено завдання вдосконалення пристрою для керування електродуговою установкою, в якому за рахунок введення в схему керування нових елементів та вузлів, забезпечується зниження амплітуди пульсації струм у і напруги, контроль надійності електричної міцності проміжелектродних проміжок, контроль температури електродів плазмотрона та контроль їх зносу і за рахунок цього забезпечується надійний запуск дугового розряду, розширення діапазону стійкої роботи плазмотрона і підвищення надійності всієї системи вцілому. Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для керування електродуговою установкою, який містить плазмотрон, джерело плазмотвірного газу, блок керування пусковим режимом і збудження дугового розряду, що вміщує високочастотний підвищувальний трансформатор, напівкерований трифазний діоднотиристорний випрямляч, підключений до катода та анода плазмотрона, у кожну фазу якого введено додатковий діод, резистор, підключений паралельно тиристору і розмикач мережі струму, згідно з винаходом, в напівкерованому трифазному діодно-тиристорному випрямлячі послідовно з тиристором, з боку анода, підключено резистор, а високочастотний трансформатор виконано із декількох окремих замкнути х магнітопроводів, первинні обмотки яких з'єднані послідовно, а вторинна обмотка охоплює всі магнітопроводи і послідовно включена в катодну мережу, а в блок керування пусковим режимом і збудження дугового розряда введені пристрої контролю температури охолоджувальної води в електродах плазмотрона, наприклад, термопари, із блоками порівняння, пристрої контролю електричної міцності проміжелектродних вставок плазмотрона, кожний з яких включає високочастотний трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана з електродами через конденсатор, а вторинна - з'єднана з блоками порівняння, пристрій контролю зносу електродів, у вигляді тр убчастого електрода, розміщеного в порожнині катоду плазмотрона з можливістю повздовжнього переміщення, ізольованого відносно торцевого завихрювача катода і підключеного з додатковим регулюючим джерелом напруги негативної або позитивної полярності, зв'язаного з блоком порівняння, а також через регулятор витрат підключений до джерела плазмотвірного газу, при цьому обмотка керування розмикача мережі струму з'єднана через послідовно включені контакти блоків порівняння. Введення в трифазному напівкерованому діодно-тиристорному випрямлячі послідовно з тиристором додаткового резистора забезпечує надійну роботу випрямляча, що дає можливість розширити діапазон стійкої роботи плазмотрона, підвищити надійність його запускання і стабільне горіння дугового розряду в діапазоні зміни робочого струму за рахунок зниження амплітуди пульсації струму та напруги. За рахунок введення пристрою контролю електричної міцності проміжелектродних вставок плазмотрона забезпечується постійний контроль надійності електричної міцності проміжелектродних вставок, можливість утримання в часі параметрів плазмового потоку, виключення імовірності вигоряння електродів. Введення в схему пристрою контролю температури охолоджувальної води в електродах плазмотрона, забезпечує контроль за температурою та перегрівом електродів. Установка також обладнана пристроєм контролю зносу електродів, що забезпечує надійність і стабільне горіння дугового розряду, а при зносі електрода на величину, більше критичної — автоматичне відключення плазмотрона. При будь-якім відхиленні від заданого режиму в приведених пристроях спрацьовує автоматика на вимикання, що запобігає виникненню аварійних ситуацій. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема пристрою для керування електродуговою установкою, яка включає напівкерований трифазний діодно-тиристорний випрямляч 1, який підключений до силового трансформатора (на кресленні не показано). Випрямляч 1 включає трифазний діодний міст, зібраний на діодах 2 і додаткових діодах 3. Послідовно з діодами 3, в анодну мережу живлення електродугової установки, в кожну фазу, підключені тиристори 4, послідовно з якими підключені резистори 5. Паралельно тиристорам 4 в кожну фазу підключені шунтуючі резистори 6. В катодній мережі установки встановлено розмикач мережі струму 7. Високочастотний трансформатор 8 виконано із декількох окремих замкнути х магнітопроводів, первинні обмотки яких з'єднані послідовно, а вторинна обмотка охоплює всі магнітопроводи і послідовно підключена до катода 9 плазматрона. Конденсатор 10 захищає випрямляч 1 від дії високочастотних струменів. В мережі між анодом 11 і проміжним електродом 12 включено обмежуючий резистор 13 з розмикачем 14. У каналах охолодження електродів 9, 11 та 12 плазматрона установлені пристрої контролю температури охолоджувальної води 15, наприклад, термопари, з'єднані з блоками порівняння 16. Між електродами 9-12 і 11-12 розміщені пристрої контролю електричної міцності проміжелектродних вставок, кожний з яких включає високочастотний трансформатор, первинна обмотка 17 якого з'єднана з електродами через конденсатор 18 та розмикач 19, а вторинна - з'єднана з блоком порівняння 20. У порожнині катода плазмотрона розміщено пристрій контролю зносу електрода у вигляді трубчастого електрода 21, який встановлено з можливістю повздовжнього переміщення та ізольованого відносно торцевого завихрювача 22 катода 9. Електрод 21 з'єднаний з допоміжним регульованим джерелом напруги 23 негативної або позитивної полярності та блоком порівняння 24, а також - через регулятор витрат 25 підключений до джерела плазмотвірного газу 26. Обмотка керування 27 розмикача мережі струму 7 з'єднана через послідовно включені контакти блоків порівняння 16, 20 та 24. Пристрій працює таким чином. Перемінна напруга подається на напівкерований трифазний діодно-тиристорний випрямляч 1. Регулятором напруги (на кресленні не показано) установлюють кут замикання тиристорів 4, який дорівнює 180° (тиристори 4 закриті). Подають охолоджувальну воду і плазмотвірний газ на плазмотрон і включають розмикач мережі струму 7. Випрямлену напругу подають на плазмотрон і одночасно, подають на клеми блока керування пусковим режимом і збудження дугового розряда. При проходженні струму через систему тиристора та двох резисторів, схема, практично являє собою дільник напруги і, при складанні напруги від усі х фаз, амплітуда пульсації результуючого робочого струму знижується. Струм обмотки керування 27 розмикача 7 проходить через послідовно включені контакти блоків порівняння: пристрою контролю температури охолоджувальної води 16, пристрій контролю електричної міцності проміжелектродних проміжків 20 та пристрій контролю зносу електрода 24. Під час роботи, при наявності відхилення від заданого режиму в згаданих вище пристроях, обмотка керування 27 розмикача 7 спрацьовує і відключає мережу живлення від плазмотрона. При тих же габаритах плазмотрона і джерела напруги забезпечується збільшення робочого струму від 200220 А до 500-600 А і робочої напруги з 600 В до 1200 В, що дало можливість збільшити потужність плазмотрона із 150...200 кВт до 600...700 кВт. На даний момент часу розроблена документація на дослідний зразок, проведені випробування, які дали позитивні результати.