專利名稱：等離子體系統(tǒng)與操作等離子體系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧等離子體技術(shù)，尤其涉及一種改進(jìn)的等離子體系統(tǒng)及其操作方法，用于使在轉(zhuǎn)移電弧等離子體系統(tǒng)中的操作的引導(dǎo)電弧方式和操作的切割方式最佳化。
本發(fā)明涉及一種電弧等離子體系統(tǒng)。其中電源首先在等離子噴槍的噴嘴和電極之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧，然后，把電弧轉(zhuǎn)移到在噴嘴的等離子電弧噴口附近移動(dòng)的工件上。這種系統(tǒng)在Couch3,641,308中描述了，尤其是其中的圖4。電源提供加在等離子噴槍的電極和附近工件上的直流電壓。當(dāng)工件接近等離子噴槍時(shí)，電源便在電極和噴嘴之間產(chǎn)生電弧。這電弧被稱為引導(dǎo)電弧，其被通過一個(gè)大電阻和閉合的轉(zhuǎn)移開關(guān)的電流維持。為了把電弧轉(zhuǎn)移到附近的工件上以便切割工件，使電阻從噴嘴斷開，從而電阻不再和工件與噴嘴并聯(lián)。此時(shí)，只要工件在等離子噴槍的等離子出口附近，電弧就被轉(zhuǎn)移到工件上。這種標(biāo)準(zhǔn)的等離子技術(shù)在Couch3641308中以及Tatham5530220的圖2中描述了，這些文件在此列為參考。
用于把電壓加到等離子系統(tǒng)中的電極和工件上的電源是直流電源；然而，在實(shí)際上，直流電源通常是全波橋式逆變器的整流輸出，其中直流電源通過一次網(wǎng)絡(luò)或變壓器繞組被快速地變?yōu)橄喾捶较?。變壓器的二次網(wǎng)絡(luò)是通過整流產(chǎn)生脈沖直流輸出的兩個(gè)極性相反的二次繞組，其脈沖直流輸出通常由扼流圈穩(wěn)定。這種用于產(chǎn)生直流輸出的全橋逆變器在Bilczo4897522中描述了，該專利也在此列為參考，用于說明產(chǎn)生直流輸出的全橋逆變器。電流被轉(zhuǎn)換，從而通過由扼流圈和被操作的直流設(shè)備相連的整流電路產(chǎn)生具有給定極性的輸出脈沖。在本發(fā)明中，直流設(shè)備是等離子體系統(tǒng)。如Bilczo的專利所述，被轉(zhuǎn)換的一次脈沖產(chǎn)生方向相反的二次脈沖，其脈寬可被調(diào)整，以便控制輸出電流。調(diào)整電路一般是一種工作在20-40kHz附近的脈寬調(diào)制器。另一種全橋逆變器在Bilczo4897773中描述了，在此列為參考，用于說明被整流的全橋逆變器的輸出網(wǎng)絡(luò)是如何在整流輸出脈沖之間產(chǎn)生慣性電流的，其中的脈沖通過快速地轉(zhuǎn)換在變壓器的一次部分中的電流脈沖而產(chǎn)生。
此處給出的三件專利表明用于操作等離子電弧噴槍和用于直流焊接的全橋逆變器的技術(shù)的狀態(tài)，所述逆變器是和本發(fā)明尤其相關(guān)的電源。
不論由全橋或半橋逆變器或其它直流電源操作，轉(zhuǎn)移電弧型的電弧等離子系統(tǒng)包括電極和噴嘴，在噴嘴的端部具有等離子電弧噴槍噴口。該噴口使電極暴露于在等離子噴槍端部附近的工件。在工件被切割或由來自噴槍的等離子電弧處理之前，使用啟動(dòng)程序，其中在電極端部和噴嘴的內(nèi)表面之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。為產(chǎn)生引導(dǎo)電弧，需要形成一個(gè)和電源串聯(lián)的電路。為此，一個(gè)大電阻被連接在噴嘴和電源的工件引線之間。在等離子噴槍啟動(dòng)期間，把電壓加在包括上述大電阻的串聯(lián)電路上。只要在等離子噴槍內(nèi)一產(chǎn)生引導(dǎo)電弧，電流便通過電阻。單獨(dú)的電阻是一個(gè)在噴嘴和工件之間的間隙上并聯(lián)的電路，在操作的引弧方式期間，電流通過電阻，在工件和噴嘴之間產(chǎn)生電壓。當(dāng)電壓足夠高并且工件足夠接近噴槍時(shí)，便開始切割操作。選擇地轉(zhuǎn)換的開關(guān)把工件和噴嘴之間的電阻由其并聯(lián)關(guān)系斷開，使得引導(dǎo)電弧從噴嘴轉(zhuǎn)移到工件上，從而和工件、電極以及直流電源的輸出端形成串聯(lián)電路。這種系統(tǒng)一般需要電阻上的電壓為60V，并且工件必須接近噴嘴，以便當(dāng)需要開始切割操作時(shí)把引導(dǎo)電弧轉(zhuǎn)移到工件上。使用大的電阻存在許多困難。電阻引起系統(tǒng)的熱損失。電壓是電流和電阻的乘積。熱損失是電阻和電流平方的乘積。因?yàn)殡娮璧拇笮Q定在工件和電極之間可得到的電壓，所以電弧的轉(zhuǎn)移操作并不總是可靠的。確實(shí)，在某些情況下，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電弧并不從引導(dǎo)方式轉(zhuǎn)移到切割方式。而是在工件和噴嘴之間和噴嘴與電極之間形成雙電弧。這雙電弧狀態(tài)將使銅噴嘴破壞。因?yàn)樵陔娮枭现挥?0V電壓，所以工件可以離開噴槍同時(shí)又可以轉(zhuǎn)移電弧的距離距離受到某些限制。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從引弧方式到切割方式的可靠的電弧轉(zhuǎn)移，在電弧轉(zhuǎn)移之前大約需要在電極和工件之間具有150mA的電流。如果加在電阻上的電壓不足以產(chǎn)生這一電流，則在試圖電弧轉(zhuǎn)移的過程中電弧便可能熄滅。因而，對(duì)于轉(zhuǎn)移，需要一個(gè)最小電流，使得當(dāng)開關(guān)斷開而切斷電阻時(shí)，可以產(chǎn)生足夠的電流，以便進(jìn)行可靠的電弧轉(zhuǎn)移。這是一個(gè)和本發(fā)明涉及的現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題。為了在和等離子系統(tǒng)中并聯(lián)的電阻上產(chǎn)生60V的電壓，要產(chǎn)生一個(gè)基本數(shù)量的熱量。加在電阻上的電壓決定了為轉(zhuǎn)移而可得到的離開距離。這是重要的，因?yàn)橐磺懈畹墓ぜ粦?yīng)該離噴嘴太近而無意中和噴嘴的端部接觸。通過增加轉(zhuǎn)移的離開距離可以減少這種和噴嘴進(jìn)行這種有害的接觸的可能性。這增加的離開距離通過增加電阻上的電壓來實(shí)現(xiàn)，這又帶來上述缺點(diǎn)。
因?yàn)橐龑?dǎo)電弧上的電壓通常大約為150-160V，在扼流圈或電抗器上的電壓為50-75V，電源必須產(chǎn)生一個(gè)比引導(dǎo)電弧和扼流圈電壓的總和大一個(gè)引起電弧轉(zhuǎn)移的電壓。如果電阻上的電壓增加到100V，則需要大約為300-350V的電源輸出。當(dāng)在這一電壓下流過電流時(shí)，電阻和變壓器輸出繞組必須具有極高的容量。此外，一般的具有60V電阻電壓的等離子系統(tǒng)只能在相當(dāng)短的距離內(nèi)轉(zhuǎn)移電弧，使得操作者使工件距離噴槍極近，因而極有可能和等離子噴槍的端部接觸。
綜上所述，使用和工件與電極并聯(lián)的大的電阻具有電弧轉(zhuǎn)移距離和產(chǎn)生熱損失的限制。
現(xiàn)有技術(shù)中用于操作電弧轉(zhuǎn)移型等離子系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，直流電源一般是通過高速開關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生一次交流電流的逆變器。在變壓器的一次側(cè)使用電流脈沖，變壓器的二次繞組具有合適的整流器，從而產(chǎn)生直流電源。這種通常用于等離子技術(shù)中的電源具有用于變壓器的二次繞組網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)繞組。在操作的引導(dǎo)和切割方式期間，變壓器產(chǎn)生一個(gè)電壓電流曲線。因而，變壓器上的二次繞組網(wǎng)絡(luò)，不論一個(gè)繞組或幾個(gè)繞組，必須進(jìn)行折中。它可以是只具有匝數(shù)固定的一種規(guī)格的導(dǎo)線的繞組。因而，這些二次繞組不能優(yōu)化，尤其是對(duì)于引導(dǎo)操作方式，因?yàn)楸仨毢颓懈畈僮鞣绞绞褂猛粋€(gè)繞組。此外，在引導(dǎo)操作方式和切割操作方式期間用于控制電流和電壓的曲線必須具有大的調(diào)整范圍，以便適應(yīng)低電流高電壓和高電流低電壓的等離子電弧。在引導(dǎo)操作方式中，電流的范圍一般為15-25A，變壓器電壓一般為300-350V。對(duì)于切割操作方式，由于電弧的轉(zhuǎn)移，電流增加到大約50A，而變壓器電壓減少到大約250V。因而目前通常用于驅(qū)動(dòng)等離子系統(tǒng)的交流操作的逆變器變壓器的輸出必須在高電壓低電流的引導(dǎo)操作方式和高電流低電壓的轉(zhuǎn)移電弧的操作方式之間折中。這種一個(gè)輸出兩種用途具有明顯的缺點(diǎn)，并且增加了控制兩種操作方式的復(fù)雜性。因而，使用單繞組變壓器技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，其中逆變器的輸出要求兩個(gè)不同的電壓電流操作區(qū)域，不能較好地適用于引導(dǎo)電弧操作方式和轉(zhuǎn)移電弧操作方式。這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)還具有相當(dāng)?shù)偷倪h(yuǎn)離距離或轉(zhuǎn)移距離，以及由于大的并聯(lián)電阻而帶來的相當(dāng)高的熱損失。為了解決這些問題，已經(jīng)建議使用兩個(gè)電源。這種方法是昂貴的，復(fù)雜的，并且增加體積和重量。
本發(fā)明涉及一種用于操作電弧等離子系統(tǒng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)使得可以增加轉(zhuǎn)移距離，即遠(yuǎn)離距離，使電弧快速地從引導(dǎo)方式轉(zhuǎn)移到切割方式，并且不需要現(xiàn)有技術(shù)中的效率低的并聯(lián)電阻。此外，因?yàn)槎卫@組網(wǎng)絡(luò)而可以獲得較低的一次電流。通過使用本發(fā)明，對(duì)同一個(gè)要求的輸出電流可以具有較低的一次電流。
按照本發(fā)明，提供一種等離子系統(tǒng)，包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使電極暴露于其附近的要被切割或處理的工件。這新的系統(tǒng)使用這樣的輸出變壓器，所述輸出變壓器用于全橋逆變器的輸出側(cè)，所述逆變器具有一個(gè)轉(zhuǎn)換的直流電源作為其輸入級(jí)。這種變壓器包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由使相反極性的電流脈沖通過變壓器的一次繞組網(wǎng)絡(luò)而驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)。使用由二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的第一電路裝置產(chǎn)生電極和噴嘴之間的引導(dǎo)電弧。使用由二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的第二電路裝置產(chǎn)生電極和工件之間的電弧。一個(gè)開關(guān)裝置在第一電路裝置和第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換。如上所述，這種新的等離子系統(tǒng)基本上是現(xiàn)有技術(shù)中使用的系統(tǒng)。按照本發(fā)明，這種現(xiàn)有的等離子系統(tǒng)通過改變二次繞組網(wǎng)絡(luò)使其包括具有第一有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)第一電路裝置的第一繞組裝置和具有第二有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)第二電路裝置的第二繞組裝置而進(jìn)行了改進(jìn)。第一和第二有效匝數(shù)可以不同，從而使得在引導(dǎo)方式和切割方式期間的電壓電流操作曲線不同?！坝行А痹褦?shù)指的是在系統(tǒng)的二次繞組中被提供用于在變壓器的輸出產(chǎn)生所需的電壓電流曲線的匝數(shù)。本發(fā)明使用術(shù)語“第二繞組網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行說明，以便使得為變壓器的二次網(wǎng)絡(luò)或二次繞組所選擇的特定結(jié)構(gòu)并不是重要的。本發(fā)明的基本構(gòu)思是，使用兩個(gè)單獨(dú)繞組驅(qū)動(dòng)等離子系統(tǒng)，使第一繞組對(duì)于第一引導(dǎo)操作方式最佳化，而第二繞組對(duì)于切割操作方式最佳化。通過使用這種發(fā)明構(gòu)思，在引導(dǎo)操作方式期間，等離子系統(tǒng)可以在高電壓低電流區(qū)域工作，而在切割方式期間在低電壓高電流區(qū)域工作。這樣，不需要折中，也不需要當(dāng)系統(tǒng)在引導(dǎo)方式和切割方式之間轉(zhuǎn)移時(shí)所需的復(fù)雜的控制設(shè)備。
通過使用本發(fā)明，輸出繞組可以被最佳化，使得用于引導(dǎo)操作方式的二次繞組和用于高電流的切割操作方式的相對(duì)大的繞組相比而相當(dāng)小。實(shí)際上，對(duì)于和用于產(chǎn)生引導(dǎo)電弧的電路裝置相連的二次繞組，可以使用較細(xì)的例如14-16號(hào)的導(dǎo)線。大號(hào)的銅帶狀電纜可用作用于驅(qū)動(dòng)在切割操作方式中使用的電路裝置的二次繞組。通過使用本發(fā)明，對(duì)于在切割方式中使用的繞組，可以使用較低的匝數(shù)比。這樣，為了提供特定的切割電流，需要的一次電流較小。實(shí)際上，引導(dǎo)匝數(shù)比，一次對(duì)二次是26∶26，而切割匝數(shù)比是26∶24。這產(chǎn)生大約25V的電壓差，使得兩種輸出曲線大不相同。
對(duì)于工件電壓可以使用較大的噴嘴，從而增加遠(yuǎn)離距離，使得具有較大的電弧轉(zhuǎn)移距離。由于系統(tǒng)中沒有電阻，所以功率損失和發(fā)熱被大大減小。通過在變壓器二次繞組使用兩個(gè)單獨(dú)的線圈，可以產(chǎn)生允許大的轉(zhuǎn)移距離的高的轉(zhuǎn)移電壓。可以使用專用的控制系統(tǒng)在由對(duì)于每種操作方式的各個(gè)二次繞組的結(jié)構(gòu)確定的兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域中操作。因而控制設(shè)備可在通用的中間范圍內(nèi)操作而比需要具有大的控制范圍，而大的控制范圍對(duì)于用于控制必須執(zhí)行引導(dǎo)電弧和切割電弧雙重功能的單輸出繞組網(wǎng)絡(luò)是必須的。對(duì)于等離子系統(tǒng)使用兩個(gè)單獨(dú)的不同的二次繞組使得可以從一個(gè)電壓電流操作區(qū)域直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電壓電流操作區(qū)域。因而，引導(dǎo)電弧和切割電弧通過單獨(dú)的分別最佳化的電壓電流曲線進(jìn)行控制。對(duì)于引導(dǎo)操作方式和切割操作方式兩種方式不需要使用一個(gè)電壓電流曲線。這個(gè)控制優(yōu)點(diǎn)增加了在引導(dǎo)和切割方式之間的轉(zhuǎn)移速度?？刂圃O(shè)備也相對(duì)簡單，并且引導(dǎo)電弧和切割電弧之間的反應(yīng)也減小了。
通過使用本發(fā)明，當(dāng)?shù)入x子噴槍被移近要被切割的工件時(shí)，可以快速地開始切割操作。的確，可以在相對(duì)大的距離上進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這在某些切割操作中是很有用的，例如在切割多孔金屬網(wǎng)中，其中沿著多孔金屬網(wǎng)移動(dòng)的等離子噴槍必須在引導(dǎo)電弧方式和切割方式之間快速地轉(zhuǎn)換。本發(fā)明有助于這種操作，因?yàn)楸景l(fā)明允許較大的遠(yuǎn)離距離和快速地電弧轉(zhuǎn)移。
此外，轉(zhuǎn)移電壓可以增加到300V以上。和現(xiàn)有技術(shù)中一般為60V的情況相比，可以看出，通過使用本發(fā)明的這一方面可以增加遠(yuǎn)離距離并使轉(zhuǎn)移變得極其容易。
按照本發(fā)明的另一方面，具有在引導(dǎo)方式和切割方式之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)的兩個(gè)單獨(dú)的二次繞組的使用可通過測(cè)量或檢測(cè)工件電流進(jìn)行控制。當(dāng)工件電流達(dá)到某個(gè)值時(shí)，通過操作轉(zhuǎn)移開關(guān)而使得發(fā)生電弧轉(zhuǎn)移。通過使工件向噴槍移動(dòng)而使這一電流增加。當(dāng)然，當(dāng)工件被移開時(shí)，則這電流值減少。當(dāng)檢測(cè)的電流值超過某個(gè)值時(shí)，轉(zhuǎn)移開關(guān)被打開從而使電弧轉(zhuǎn)移到工件上。隨著電弧長度的增加，電壓將增加到變壓器不能提供這一電壓和電流時(shí)的值。此時(shí)，輸出電流將減少而使轉(zhuǎn)移開關(guān)閉合，因而，重新開始引導(dǎo)操作方式。這在操作方式之間的自動(dòng)地來回轉(zhuǎn)換通過使用按照本發(fā)明的另一方面中的電路裝置的電流分流而方便地完成。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于操作電弧等離子設(shè)備的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法不需要并聯(lián)電阻，能夠產(chǎn)生大的遠(yuǎn)離距離，并且能夠快速地進(jìn)行電弧轉(zhuǎn)移。
按照本發(fā)明的另一方面，在用于操作電弧等離子噴槍的系統(tǒng)和方法中使用單獨(dú)的輸出或使用二次繞組。使用兩個(gè)繞組使得系統(tǒng)和方法可以對(duì)引導(dǎo)方式和切割方式兩種方式進(jìn)行優(yōu)化。用這種方式，可以設(shè)計(jì)電壓電流控制設(shè)備，使得在每種操作方式的中心范圍內(nèi)操作，而不需要在兩種方式中在極其大的范圍內(nèi)操作。這樣，電弧等離子裝置在電壓電流曲線的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)操作，這些區(qū)域由單獨(dú)的不同輸出繞組的不同的特性曲線確定。
本發(fā)明的另一方面是提供一種使用單獨(dú)的電流檢測(cè)裝置用于在引導(dǎo)方式和切割方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠非常精確地控制發(fā)生轉(zhuǎn)移的定時(shí)。按照這一方面，可以選擇一個(gè)精確的轉(zhuǎn)移時(shí)刻，并且僅僅通過響應(yīng)特定測(cè)量或檢測(cè)的電流操作一個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，如上所述，該系統(tǒng)和方法對(duì)于在引導(dǎo)方式期間的工件電壓允許使用大的噴嘴，從而允許較大的遠(yuǎn)離距離。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種單一的電源，用于以不同的電壓電流特性曲線向引導(dǎo)方式和切割方式兩種方式供電。
發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，如上所述，該系統(tǒng)和方法允許使用不同大小的輸出繞組和不同號(hào)的繞組導(dǎo)線，以便控制等離子裝置的單獨(dú)的操作方式。
發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，如上所述，該系統(tǒng)和方法對(duì)于引導(dǎo)方式和切割方式使用兩個(gè)單獨(dú)的繞組，具有在電弧轉(zhuǎn)移過程中的電流控制功能，并能夠增加電弧轉(zhuǎn)移的遠(yuǎn)離距離。
這些和其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過結(jié)合下面的附圖進(jìn)行的說明將更加清楚地看出

圖1是和本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的電路示意圖；圖2是本發(fā)明的最佳實(shí)施例中的電路示意圖；圖3A是表示引導(dǎo)電弧操作方式和切割電弧操作方式所需的操作區(qū)域的電壓電流曲線圖3B是表示例如圖3A所示的具有在圖1的現(xiàn)有技術(shù)中使用的一個(gè)電壓電流特性曲線的曲線；圖3C是類似于圖3B的表示如圖2所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例中產(chǎn)生的兩個(gè)單獨(dú)的電壓電流特性曲線的圖；圖4A是類似于圖3B表示在具有一個(gè)電壓電流操作曲線的本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)中兩種操作方式之間的轉(zhuǎn)移控制的曲線；圖4B是類似于圖4A的表示本發(fā)明的最佳實(shí)施例的控制轉(zhuǎn)換特點(diǎn)的曲線圖；圖4C是說明圖4A所示的現(xiàn)有技術(shù)的控制轉(zhuǎn)換和圖4B所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例的控制轉(zhuǎn)換的區(qū)別的示意圖；圖5是本發(fā)明的最佳實(shí)施例的電流檢測(cè)特征并說明用于在引導(dǎo)方式和切割方式之間轉(zhuǎn)換的分流裝置的第二種結(jié)構(gòu)的圖；圖6是說明圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例的遠(yuǎn)離距離特征的曲線圖；圖7是用于本發(fā)明的實(shí)施例中的具有示意地表示的繞組的逆變器變壓器的示意圖；圖8是表示本發(fā)明用于切割呈多孔金屬網(wǎng)板的形式的一系列金屬件的側(cè)剖視圖；圖9是類似于圖5的線路圖，說明具有第二繞組網(wǎng)絡(luò)的最佳實(shí)施例，其中如通常使用的那樣包括兩個(gè)相反極性的繞組；圖10A和圖10B是表示圖9所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例的操作特性的簡化示意線路圖；圖11是表示圖10A和10B所示的本發(fā)明的實(shí)施例的操作的脈沖圖；以及圖12是本發(fā)明的實(shí)施例的另一種改型。
參見附圖，其中所示僅用于說明本發(fā)明而不是對(duì)其進(jìn)行限制，圖1表示和本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，其中等離子系統(tǒng)A包括等離子噴槍10，其具有標(biāo)準(zhǔn)電極12，電極具有安裝在噴嘴20內(nèi)的尖端14，噴嘴具有電弧噴口22，把工件30暴露于電極尖端14。在電極和噴嘴之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧P，具有大約150-160V的電壓Va。在系統(tǒng)A操作期間，工件30離開噴嘴20。由流過電阻40的引導(dǎo)電弧電流Ip產(chǎn)生工件和噴嘴之間的電壓Vw。電阻40并聯(lián)在工件30和噴嘴20之間并位于由開關(guān)SW閉合而形成的串聯(lián)電路中。電流Iw是工件電流，它在工件接近噴嘴時(shí)流過，并通過分流器42進(jìn)行測(cè)量?？傠娏鱅r是引導(dǎo)電弧電流Ip加上工件電流Iw。電抗器44維持從電源50到等離子系統(tǒng)的輸入脈沖之間的電流。在所示的現(xiàn)有技術(shù)中，直流電源50是全橋逆變器，其具有一次繞組52，用于驅(qū)動(dòng)變壓器T在極性相反的二次繞組54，56中產(chǎn)生輸出脈沖?？梢岳斫?，全橋整流器可以包括4個(gè)二次繞組；不過，為了說明本發(fā)明二次繞組的數(shù)量和結(jié)構(gòu)并不是重要的。使脈沖通過一次繞組52，從而在二次繞組54,56中產(chǎn)生脈沖。當(dāng)一個(gè)方向的電流脈沖通過一次繞組52時(shí)，將在單獨(dú)的二次繞組54,56中產(chǎn)生相反極性的電流脈沖。二極管60,62整流間隔輸出的電流脈沖，當(dāng)電源連接于工件30和噴槍10時(shí)使其進(jìn)行直流操作。此外，引導(dǎo)電弧P具有大約為150V的電壓。開關(guān)SW打開以便使電弧轉(zhuǎn)移到工件30上。電阻40上的電壓是電壓Vw，它和噴嘴與工件之間的電壓相同。實(shí)際上，電阻40上的電壓大約為60V。因而在本例中工件30和電極12之間的電壓是210V。實(shí)際上，在電極和變壓器T之間通常包括電抗器。在這種情況下，在電抗器上將產(chǎn)生一個(gè)電壓用于維持在繞組54,56中的單獨(dú)的間隔輸出的脈沖之間的引導(dǎo)電弧。為了開始切割操作，當(dāng)在工件和噴嘴之間的電壓至少為60V時(shí)把開關(guān)SW打開。利用可用于電弧轉(zhuǎn)移的60V電壓，只有在工件30相當(dāng)接近噴嘴20時(shí)才能進(jìn)行電弧轉(zhuǎn)移。這是本發(fā)明涉及的一般現(xiàn)有技術(shù)的操作?，F(xiàn)有技術(shù)的和本發(fā)明的電源可以取任何通常的形式。利用各種輸出繞組結(jié)構(gòu)可以是全橋和或半橋的。
本發(fā)明最佳實(shí)施例的附圖用于說明本發(fā)明而不是對(duì)其進(jìn)行限制。圖2表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)成的等離子系統(tǒng)B，其中第一二次電路裝置100用于在電極12和噴嘴20之間產(chǎn)生和維持引導(dǎo)電弧。該電路裝置包括其自身的在輸出變壓器110的鐵心上的單獨(dú)的二次繞組102，并且包括整流二極管112和慣性二極管150。實(shí)際上，在這種電路中可使用一個(gè)以上的繞組，使繞組的極性相反，從而使得當(dāng)變壓器110的輸入被逆變器供給相反方向的電流脈沖時(shí)產(chǎn)生其極性被控制的離散的整流脈沖。為了簡化只用一個(gè)繞組進(jìn)行說明。合適的繞組結(jié)構(gòu)在Bilczo4897522和Bilczo4897773中披露了。繞組具有許多匝，以便產(chǎn)生為引起和維持引導(dǎo)電弧所需的高電壓。圖3C和4B示出了系統(tǒng)B在特定電壓電流曲線的區(qū)域內(nèi)的操作。開關(guān)SW1圖中所示為晶體管或IGBT120。當(dāng)開關(guān)SW1閉合時(shí)，電路裝置100和噴槍10的電極與噴嘴串聯(lián)。用這種方式，借助于從繞組102得到的電壓可以產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。分流器132測(cè)量總電流IA并用于調(diào)節(jié)。分流器130用于檢測(cè)引導(dǎo)電流。扼流圈或電抗器140用于維持電流，從而在間隔的輸入脈沖之間即變壓器10的間隔的輸出脈沖之間維持引導(dǎo)電弧。在操作時(shí)，開關(guān)SW1被閉合，使得變壓器110的二次繞組102被激勵(lì)(最好兩個(gè)繞組102)。繞組102內(nèi)的電流脈沖在電極和噴嘴之間的間隙上以及電抗器上產(chǎn)生電壓。實(shí)際上，引弧電壓大約為150V，扼流圈140的電壓大約為50V；因此，繞組102的輸出大約為200V。如果工件30要被切割，則把其移近噴槍10。這種接近由分流器130和132中的電流檢測(cè)到，從而打開開關(guān)SW1，并激勵(lì)二次電路裝置200。這二次電路裝置200包括二次繞組202，整流二極管204和慣性二極管206。當(dāng)開關(guān)SW1打開時(shí)，二次繞組上的電壓被用于立即把電弧轉(zhuǎn)移到工件30上。電容器210用于在沒有電流從工件通過電極時(shí)即在工件30不在其位時(shí)維持峰值電壓。按照本發(fā)明的這一方面，通過工件30的電流是分流器132的電流減去引弧分流器130的電流。在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，工作電流Iw是非直接測(cè)量的，而不用一個(gè)單獨(dú)的分流器測(cè)量這一特定電流。如后面所要解釋的，工件電流表示通過打開開關(guān)SW1使電弧轉(zhuǎn)移發(fā)生的合適的條件。
圖3A-3C和圖4A-4C所示的電壓電流曲線用于說明圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)和圖2所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例之間的區(qū)別。這些曲線包括引弧操作的X區(qū)域和切割電弧操作區(qū)域Y。這些區(qū)域是和本發(fā)明的兩種操作方式有關(guān)的可調(diào)節(jié)的最佳操作區(qū)域。現(xiàn)在參看圖3A，區(qū)域X的特征是高電壓低電流，用于引弧。區(qū)域Y的特征是低電壓大電流。該區(qū)域是確定切割操作的操作條件。在圖3B中，說明了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的一個(gè)特性曲線230。因?yàn)槭褂靡粋€(gè)繞組54,56，所以產(chǎn)生一個(gè)特性曲線230，其被設(shè)計(jì)和區(qū)域X與Y相交。這一個(gè)特性曲線不可能對(duì)X和Y區(qū)域的每一個(gè)進(jìn)行優(yōu)化。現(xiàn)在參看圖3C，對(duì)于繞組102，電路裝置100的特性曲線是曲線132，其被對(duì)于X區(qū)域在系統(tǒng)B的引弧操作方式下優(yōu)化。特性曲線234由繞組202和電路裝置200產(chǎn)生，并對(duì)于區(qū)域Y優(yōu)化。在圖4A-4C中，在區(qū)域X,Y中的控制點(diǎn)分別是當(dāng)在引弧方式或切割方式下為控制設(shè)備選擇的操作點(diǎn)。如圖4A所示，從點(diǎn)250到點(diǎn)252的位移是線260。因而，當(dāng)圖1的開關(guān)SW打開時(shí)，控制設(shè)備沿著線260從點(diǎn)250移動(dòng)到點(diǎn)252。當(dāng)圖2所示的系統(tǒng)B的開關(guān)SW1打開時(shí)，控制設(shè)備發(fā)生相同的操作。這在圖4B中示出了；不過，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在圖4C中示意地示出了。當(dāng)從操作點(diǎn)250向操作點(diǎn)252移動(dòng)時(shí)，變壓器輸出跳過距離262，然后，由電流控制設(shè)備逐漸地移動(dòng)到點(diǎn)252。這和現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是明顯的，現(xiàn)有技術(shù)要求電流控制設(shè)備立即直接地從點(diǎn)250移動(dòng)到點(diǎn)252，其距離如線段264所示?？梢钥闯霰景l(fā)明的移動(dòng)線段263大大小于現(xiàn)有技術(shù)的線段264。因而，通過使用本發(fā)明，首先控制點(diǎn)沿著線260立即跳躍，然后逐漸地移動(dòng)到點(diǎn)252。現(xiàn)有技術(shù)要求控制設(shè)備沿著總距離線260操作。圖4A-4C所示的曲線是定性的示意曲線，用于理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際的電流控制設(shè)備不是本發(fā)明的部分。只需要認(rèn)識(shí)到，對(duì)于引弧方式和切割方式使用單獨(dú)的繞組在允許系統(tǒng)具有不同的電壓電流曲線方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
為了控制在引弧方式和切割方式之間移動(dòng)，在系統(tǒng)B中使用工作電流的季節(jié)測(cè)量，如圖2所示。更直接地使用工件電流的情況示于圖5，其中系統(tǒng)C包括由工件電流檢測(cè)器或分流器302和以前說明的分流器130控制的電流響應(yīng)開關(guān)電路300。電路300在分流器302上檢測(cè)到工作電流超過給定值時(shí)打開開關(guān)SW1。當(dāng)分流器130中的電流減少到給定值時(shí)開關(guān)閉合，從而重新建立引弧方式。電路300通過使用具有代表工作電流Iw的第一輸入312的高增益運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這種功能。在線314上的遠(yuǎn)離參考信號(hào)和在線312上的電壓信號(hào)比較，從而控制放大器310的輸出。當(dāng)這放大器產(chǎn)生邏輯信號(hào)1時(shí)，開關(guān)點(diǎn)320被觸發(fā)從而在輸出322中產(chǎn)生用于打開開關(guān)SW1的信號(hào)。這切斷引導(dǎo)電弧并立即轉(zhuǎn)移電弧。通過直接測(cè)量工作電流，系統(tǒng)C檢測(cè)工件30處于合適的位置并足夠接近以便維持轉(zhuǎn)移電弧的時(shí)刻。這是實(shí)際工作電流的直接測(cè)量，并可以通過在線314上的參看電壓或門限電壓精確地控制，從而給出噴槍10從電路裝置100轉(zhuǎn)移到電路裝置200的精確的轉(zhuǎn)移操作。當(dāng)工件被除去時(shí)，電流IA由于變壓器的功能而減少，該電流由分流器130測(cè)量或檢測(cè)，該分流器控制代表電弧電流的電壓的高增益運(yùn)算放大器330。在線334上的參看電壓信號(hào)在運(yùn)算放大器330的輸出產(chǎn)生邏輯1，從而觸發(fā)點(diǎn)320在線324產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)在分流器130中的電流減少到門限值以下時(shí)啟動(dòng)開關(guān)SW1。用這種方式，通過工件位置確定電弧轉(zhuǎn)移。當(dāng)工件移近噴槍時(shí)，電弧被轉(zhuǎn)移。當(dāng)工件從噴槍移開時(shí)，電弧返回引弧方式?，F(xiàn)在參看圖6，其中以一般的表達(dá)方式說明參看線314的電壓值。為了表示如實(shí)際上使用的實(shí)現(xiàn)向切割方式轉(zhuǎn)移的一般方法，可參看線340，它表示工作在28A的引導(dǎo)電弧的系統(tǒng)的操作。假定電路300要被調(diào)整到在噴槍342和工件點(diǎn)342之間距離0.3時(shí)轉(zhuǎn)移到切割方式。在線314中的參考值被調(diào)整到大約為1.7A的工作電流Iw。當(dāng)這個(gè)工件電流被放大器310檢測(cè)到時(shí)，開關(guān)SW1被打開，從而從第一電路裝置100轉(zhuǎn)移到第二電路裝置200而開始切割操作。實(shí)際上，電弧在2A或更小時(shí)轉(zhuǎn)移。在圖1所示的由Ir維持的28A的引導(dǎo)電流下轉(zhuǎn)移距離或遠(yuǎn)離距離略小于0.3英寸。在線314上較低的轉(zhuǎn)移點(diǎn)允許較大的遠(yuǎn)離距離，但是也需要較高的轉(zhuǎn)移電壓Vw。
圖7示意地示出了變壓器110，其中一次繞組P1/P2被表示為繞組350，它在圖2和圖5中也被表示為輸入繞組。用于引導(dǎo)電弧電路裝置100的二次繞組102以相對(duì)細(xì)的線繞在變壓器110的鐵心110a上，用于產(chǎn)生引導(dǎo)操作方式的高電壓和低電流。因?yàn)槭褂萌珮蚰孀兤?，所以使用兩個(gè)單獨(dú)的繞組SP1,SP2。這些繞組極性相反，如圖9所示。用類似方式，大的二次繞組202包括極性相反的繞組S1/S2，也如圖9所示。從圖7應(yīng)該理解，在電路裝置100和電路裝置200中使用的繞組數(shù)由電源和變壓器的輸入網(wǎng)絡(luò)確定。本發(fā)明涉及對(duì)于不同的操作方式使用兩個(gè)不同的繞組網(wǎng)絡(luò)，不過，在網(wǎng)絡(luò)中的繞組的結(jié)構(gòu)和數(shù)量可以改變。
圖8說明使用等離子噴槍10切割具有分開的元素的多孔金屬網(wǎng)板360時(shí)的情況。當(dāng)噴嘴在元素362的上方時(shí)，間距z相對(duì)較短；因此，分流器302中的電流增加而超過由在線314中的遠(yuǎn)離電壓確定的門限值。如果間距z小于結(jié)合圖5和圖6說明的所選擇的遠(yuǎn)離距離，則電弧被轉(zhuǎn)移從而切割工件或元素362。在通過元素362之后，則具有一個(gè)無限的間距z，因此，分流器130的電流減少并維持引導(dǎo)電弧，如結(jié)合圖5中電路300的操作所解釋的那樣。噴槍在多孔金屬網(wǎng)板360上的快速運(yùn)動(dòng)按照電弧由切割方式轉(zhuǎn)移到引弧方式而被重復(fù)并被精確地控制，其轉(zhuǎn)移由通過電路300的分流器130和302檢測(cè)的工件相對(duì)于噴槍的位置確定。這是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并且是借助于高精度的電弧轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的這一方面應(yīng)當(dāng)在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，其中電流檢測(cè)裝置可以進(jìn)行引導(dǎo)方式和切割方式之間的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的另一方面如圖9-11所示，其中系統(tǒng)C被修改產(chǎn)生系統(tǒng)D。在該系統(tǒng)中，兩個(gè)相反極性的繞組102和202分別被示意地表示為等離子二次繞組SP1,SP2和SC1,SC2。使用兩個(gè)極性相反的并聯(lián)的繞組以前作為一般的逆變器構(gòu)思已經(jīng)討論過。本發(fā)明不依賴于所需用于產(chǎn)生操作電流的變壓器繞組的細(xì)節(jié)。逆變器電源在具有可變長度以便進(jìn)行調(diào)整電流Ir的控制的二次繞組中提供脈沖。在系統(tǒng)D中，除去了慣性二極管150,206，使得慣性電流在一次繞組350中流動(dòng)，如圖2所示。引導(dǎo)電弧繞組SP1,SP2極性相反，并且包括整流二極管220和緩沖電路230。切割繞組SC1,SC2極性相反，并具有含有存儲(chǔ)電容器202的專用緩沖電路240，用于存儲(chǔ)工件和噴嘴之間的高電壓，這高電壓發(fā)生在當(dāng)系統(tǒng)D工作在引弧方式時(shí)因?yàn)殡娀∞D(zhuǎn)移而使一次繞組350截止的期間。通過使用電容器242，電路200產(chǎn)生高的工件對(duì)噴嘴的電壓，在實(shí)際上大約為340V。當(dāng)在繞組350的一次電壓被切斷時(shí)即在具有一次慣性二極管的推拉變壓器的脈沖之間出現(xiàn)這種峰值電壓。工件到噴嘴的平均電壓大約為200V。二極管緩沖電路240在一次截止時(shí)間存儲(chǔ)能量，并使工件對(duì)噴嘴電壓最大。當(dāng)一次導(dǎo)通時(shí)，由引弧繞組SP1,SP2維持引弧。此時(shí)，引弧繞組產(chǎn)生實(shí)際上大約為285V的電壓，其在引導(dǎo)電弧和電抗器140上分配。引弧電壓大約為160V，電抗器電壓大約為125V。切割繞組沒有閉合的電路，從而在繞組SC1,SC2產(chǎn)生開路電壓。這些繞組產(chǎn)生大約為275V的電壓，在接通時(shí)刻具有大約為25％的過沖。這過沖電壓的峰值把電容器242充電到大約為340V。這電容器電壓是和引弧電壓(160V)以及電抗器電壓(125V)串聯(lián)的，從而在工件和噴嘴之間產(chǎn)生大約為50-60V的電壓。當(dāng)一次電壓截止時(shí)，流過引弧電路100中的電流將由存儲(chǔ)在輸出電抗器140中的能量維持。電流繼續(xù)以非常小的電壓降流過引弧繞組SP1,SP2。在變壓器一次側(cè)上的嵌位二極管通過允許由二次電路產(chǎn)生的任何電流流過來限制一次側(cè)電壓。160V的引弧被維持，并在輸出電抗器140上出現(xiàn)-160V電壓。變壓器繞組SP1,SP2在這狀態(tài)期間被嵌位為0V，但是切割電源仍然維持340V。這電壓來自在逆變器的一個(gè)狀態(tài)期間被充電的緩沖電容器242。在切割電路200中沒有電流通路，使得電容器242不能放電。切割二極管D1和D2永不流過任何慣性電流。引弧電源電壓非常接近于0，使得工件到噴嘴的電壓等于電容器242上的電壓，從而產(chǎn)生340V的工件到噴嘴的電壓。
因?yàn)檩斎朊}沖的速率為每秒幾百個(gè)脈沖，在發(fā)生在引弧操作方式中的輸出脈沖之間存在放電間隔或期間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將使用有代表性的電壓結(jié)合圖10A-10B進(jìn)行說明。當(dāng)開關(guān)SW閉合并且引弧P被建立時(shí)，如圖10A所示，引弧具有實(shí)際上大約為160V的電壓。電抗器140具有140V的電壓。因而，在繞組102中產(chǎn)生二次脈沖，二次繞組102的電壓大約為300V。電路裝置200的繞組202的開路電壓大約為275V，在接通時(shí)具有25％的過沖，其峰值使電容器210充電，或使緩沖電容器242充電到340V，如圖9所示。在這些電壓下，工件對(duì)噴嘴的電壓大約為60V。當(dāng)由于輸入脈沖的中斷而使輸出脈沖截止時(shí)，電路裝置100試圖續(xù)流。然而，圖5所示的二極管150已被從繞組102上除去。因而，電路裝置100的續(xù)流通過繞組102而發(fā)生，繞組102在變壓器鐵心110a上和一次繞組350緊密耦合，并產(chǎn)生大約為10V的電壓降。在這續(xù)流狀態(tài)期間，電流被電抗器140維持。這使得在電抗器上出現(xiàn)-160V的電壓。繞組102的電壓降為10V，因而剩余的150V的電壓出現(xiàn)在噴嘴和電極之間。電容器210保持在一個(gè)狀態(tài)下的充電狀態(tài)，并且繞組102在其上具有大約為10V的電壓。這產(chǎn)生大約為310V的工件對(duì)噴嘴的電壓。因而，在引弧操作方式期間，極高的電壓加在工件和噴嘴之間。這個(gè)過程在圖11中說明了，其中在一次電流脈沖P截止時(shí)在輸出脈沖之間產(chǎn)生高電壓脈沖360。脈沖360的速率為幾個(gè)KHz。該過程示于圖11并且只要開關(guān)SW閉合，該過程就被繼續(xù)。當(dāng)開關(guān)為把電弧轉(zhuǎn)換為切割方式而打開時(shí)，可得到高電壓用于電弧轉(zhuǎn)移。這在本領(lǐng)域中是極為先進(jìn)的，并大大改進(jìn)了電弧向工件的轉(zhuǎn)移。高的工件噴嘴電壓使得電源能夠在0.5英寸以上可靠地產(chǎn)生電弧轉(zhuǎn)移。實(shí)際上，工件噴嘴電壓被限制，以便滿足IEC974-1的規(guī)定。這規(guī)定要求工件噴嘴電壓被限制在113VDC峰值。由于113VDC的峰值的限制，轉(zhuǎn)移距離將減少，然而電源應(yīng)滿足這一規(guī)定。因此，標(biāo)準(zhǔn)電壓限制電路被加在工件和噴嘴之間。
實(shí)際上引弧繞組比切割繞組具有較高的匝數(shù)比。當(dāng)引弧開關(guān)打開時(shí)，電弧轉(zhuǎn)移到工件上，并且電源的負(fù)載從高壓低電流轉(zhuǎn)換為低壓高電流。此時(shí)，轉(zhuǎn)換的一部分由于不同的變壓器繞組的作用而發(fā)生，轉(zhuǎn)換的其余部分由控制系統(tǒng)處理。當(dāng)電弧縮回噴嘴時(shí)(引導(dǎo)電弧)發(fā)生同樣的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。負(fù)載從低電壓大電流轉(zhuǎn)換為高電壓低電流。當(dāng)引弧繞組重新接通時(shí)這轉(zhuǎn)變的一部分瞬時(shí)發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可以減少，并且每秒的最大轉(zhuǎn)移數(shù)可以增加。
當(dāng)最大一次電流是主要的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，如圖5和9所示的雙繞組電路將是有利的。例如，在常規(guī)的單繞組輸出電路中，繞組的比和上面使用的引導(dǎo)比相似。然而，這高匝數(shù)比的繞組也用于切割方式并且要求大的一次電流。當(dāng)和雙繞組電路比較時(shí)，常規(guī)的單繞組電路需要較多的一次電流。雙繞組電路通過使切割繞組具有較低的匝數(shù)比而減少一次電流的最大值。
為了說明本發(fā)明的寬度，圖12示出了等離子系統(tǒng)E，其中電源400通過使電流脈沖通過一次繞組412而產(chǎn)生交流脈沖用于驅(qū)動(dòng)輸出變壓器410。二次繞組414，如前所述可以包括一組極性相反的繞組，包括中間抽頭420，用于確定較低的二次繞組部分422。通過使用這一輸出二次網(wǎng)絡(luò)，借助于使用整流二極管430和開關(guān)432而形成等離子電弧電路裝置100a。在電路100a中的電流由分流器130檢測(cè)，從而測(cè)量引弧電路Ip。電路裝置100a執(zhí)行在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中所述的電路裝置100的功能。按類似方式，電路裝置200a具有整流二極管440和分流器302在切割方式下工作。因而，一個(gè)二次繞組414可以起到類似于本發(fā)明最佳實(shí)施例中使用的兩個(gè)單獨(dú)繞組102,202的作用。
在本發(fā)明的實(shí)施中，引弧方式和切割方式的匝數(shù)比是不同的，即引弧為26∶26，切割為26∶24。本發(fā)明可以利用相同的匝數(shù)比，不過，這種方案將使本發(fā)明失去一些優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闃?gòu)成本發(fā)明基本特征的兩個(gè)單獨(dú)繞組將工作在基本相同的輸出曲線上。然而，本發(fā)明仍然產(chǎn)生高的噴嘴工件電壓，當(dāng)工件移近噴嘴時(shí)用于電弧轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的實(shí)施例使用匝數(shù)比引弧繞組多的切割繞組，從而對(duì)于切割方式產(chǎn)生高的電壓輸出，例如當(dāng)高電壓操作有利即打孔時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種等離子系統(tǒng)，包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)裝置，其改進(jìn)包括所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)包括具有第一有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第一電路裝置的第一繞組裝置，和具有第二有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第二電路裝置的第二繞組裝置，所述第一和第二有效匝數(shù)是不同的。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)，其中所述第一繞組裝置提供具有第一總電流范圍的第一電壓范圍，所述第二繞組裝置提供具有第二總電流范圍的第二電壓范圍。
3.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)，其中所述第一電壓范圍遠(yuǎn)大于所述第二電壓范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)，其中所述第一繞組裝置包括兩個(gè)極性相反的單獨(dú)的二次繞組，其每個(gè)具有所述第一有效匝數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的改進(jìn)，其中所述第二繞組裝置包括兩個(gè)極性相反的單獨(dú)的繞組，其每個(gè)具有所述第二有效匝數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)電流值超過給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的改進(jìn)，其中所述檢測(cè)電流值是所述工件和所述電極之間的電流。
8.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)電流值小于給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的改進(jìn)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)電流值超過給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
10.如權(quán)利要求8所述的改進(jìn)，其中所述檢測(cè)電流值是從所述工件到所述電極之間的電流。
11.如權(quán)利要求6所述的改進(jìn)，其中所述電流值是從所述工件到所述電極之間的電流。
12.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)，其中所述第二繞組裝置是所述第一繞組裝置的一部分。
13.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)，其中所述第二繞組裝置是所述第一繞組裝置的一部分。
14.如權(quán)利要求4所述的改進(jìn)，其中所述第二繞組裝置是所述第一繞組裝置的一部分。
15.如權(quán)利要求1所述的等離子系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第一檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值超過給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的等離子系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第二檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置的裝置。
17.如權(quán)利要求1所述的等離子系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第二檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置的裝置。
18.一種用于操作等離子系統(tǒng)的方法，所述等離子系統(tǒng)包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)裝置，所述方法包括以下步驟(a)提供所述第二繞組網(wǎng)絡(luò)作為具有第一有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第一電路裝置的第一繞組裝置，以及具有第二有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第二電路裝置的第二繞組裝置，所述第一和第二有效匝數(shù)是不同的；(b)檢測(cè)所述第一和第二電路裝置中的一個(gè)的電流值；以及(c)當(dāng)所述檢測(cè)的電流值超過給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括以下步驟(d)檢測(cè)所述第一和第二電路裝置中的一個(gè)的電流值；以及(e)當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置。
20.一種等離子系統(tǒng)，包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)裝置，其改進(jìn)包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第一檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值超過給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的改進(jìn)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第二檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)使所述開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置的裝置。
22.一種等離子系統(tǒng)，包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的裝置，其改進(jìn)包括所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)包括具有用于驅(qū)動(dòng)所述第一電路裝置的有效匝數(shù)的第一繞組裝置和具有用于驅(qū)動(dòng)所述第二電路裝置的有效匝數(shù)的第二繞組裝置。
23.一種用于操作等離子系統(tǒng)的方法，所述等離子系統(tǒng)包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的裝置，所述方法包括以下步驟(a)提供所述第二繞組網(wǎng)絡(luò)作為具有第一有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第一電路裝置的第一繞組裝置，以及具有第二有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)所述第二電路裝置的第二繞組裝置；(b)檢測(cè)所述第一和第二電路裝置中的一個(gè)的電流值；以及(c)當(dāng)所述檢測(cè)的電流值超過給定電流時(shí)轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括以下步驟(d)檢測(cè)所述第一和第二電路裝置中的一個(gè)的電流值；以及(e)當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置。
25.在一種等離子系統(tǒng)中，所述等離子系統(tǒng)包括電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴，所述噴口使所述電極暴露于工件，并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述噴嘴之間的引導(dǎo)電弧的第一電路裝置，由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的用于產(chǎn)生在所述電極和所述工件之間的等離子電弧的第二電路裝置，以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的裝置，其改進(jìn)包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第一檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值超過給定電流時(shí)轉(zhuǎn)換到所述第二電路裝置的裝置。
26.如權(quán)利要求25所述的改進(jìn)，包括用于檢測(cè)在所述第一第二電路裝置中的一個(gè)的電流值的第二檢測(cè)裝置，和用于當(dāng)所述檢測(cè)的電流值小于給定電流時(shí)轉(zhuǎn)換到所述第一電路裝置的裝置。
全文摘要
一種等離子系統(tǒng)包括噴槍,其具有電極和具有等離子電弧噴口的噴嘴,所述噴口使所述電極暴露于工件,并具有包括一次繞組網(wǎng)絡(luò)和由所述一次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的二次繞組網(wǎng)絡(luò)的輸入變壓器,由所述二次繞組網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的第一電路裝置和第二電路裝置,以及用于選擇地在所述第一電路裝置和所述第二電路裝置之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)裝置,其改進(jìn)包括:二次繞組網(wǎng)絡(luò)包括具有第一有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)第一電路的第一繞組,和具有第二有效匝數(shù)的用于驅(qū)動(dòng)第二電路的第二繞組,并且第一第二有效匝數(shù)可以不同。
文檔編號(hào)H05H1/36GK1203843SQ9810804
公開日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1998年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者約瑟夫·艾倫·丹尼爾 申請(qǐng)人:林肯電氣公司