CN102933017B - 内置火花塞式交流等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置火花塞式交流等离子体发生器，包括前电极组件、火花放电组件、后电极组件，前电极组件与后电极组件为同轴安装，在前电极组件与后电极组件之间轴向安装火花放电组件。本发明采用内置火花塞式引弧，代替目前采用的利用高频、高压耦合变压器串联于主电路的引弧方式，解决了以往交流等离子发生器在引弧的过程中出现的诸多弊端，达到连续稳定的引弧，长时间可靠运行的目的。

Description

内置火花塞式交流等离子体发生器

技术领域

本发明涉及热等离子体应用技术，尤其是工业用连续运行的一种内置火花塞式交流等离子体发生器。

背景技术

目前，热等离子体技术已逐步在国防、航空、冶金、电力、环保、机械加工等各个领域及行业得到应用。在实际工程中，直流等离子体发生器用的更多一些，原因是：直流等离子枪采用直流电源，引弧成功后正负极之间即建立起稳定的电弧，引弧装置只要成功引燃一次，就可以退出运行，等离子体发生器仍可继续工作；同时，由于电源内阻大，采用串联或并联方式都能顺利起弧，技术比较成熟。而交流等离子体发生器采用交流电源，由于电源是交变的，前后电极交替改变电流方向，一旦到达零点，电弧就熄灭（断弧）。因此，伴随等离子枪的运行全过程，连续引弧是必须的，这就要求引弧装置在每一个交变周期都要可靠、稳定的引弧，否则等离子枪无法正常工作。若引弧电路与主电路采用并联，由于交流电源内阻很低，高频信号直接从电源内部短路，在等离子枪的两极之间没有高频信号，无法引弧，这已被证明是行不通的。目前解决的方法是采用串联方式，即：引弧电路与主电路串联，将高压高频信号叠加在交流工频电源上，靠由铁氧体磁芯制作高频变压器耦合完成。高频变压器的初级是匝数较多的绝缘导线，次级则用与主电路导线截面相当的导体，可通过电弧电流，初级线圈上的高压高频振荡电流通过磁芯耦合到了次级，并叠加在交流电源中。实际工作中，主电路先接通，由于前后电极被空气隔绝，主电路不通，不产生电弧。当引弧装置电源接通，高频高压信号把电极间的空气介质击穿，产生放电火花，形成导电通道，主电路电源短路，建立起等离子电弧，完成引弧的工作。

由于串联引弧方式直接把高频高压信号串接在主电路中，使电源系统受到污染，控制系统及电器元件在工作中易发生紊乱及故障，高频高压振荡电路在工作中会产生大量的无线干扰，影响厂用电系统的可靠性和稳定性；高频耦合变压器制作困难（尤其是大电流等离子枪），造价高；火花塞在引弧中消耗的电热能不能利用，白白浪费，降低了引弧效率，火花塞电极截面小且不断的烧蚀，导致火花间隙变大，同时受外界环境温度及气流的影响，高频高压震荡信号不稳定，频率及参数不断变化，使引弧可靠性降低。因此，采用串联引弧的方法：引弧困难、不稳定、影响的因素较多、不易掌控、投资高、维护量大。

通过检索，北京光耀电力设备有限公司名为“一种不间断交流等离子电弧供电装置”，申请并获实用新型专利（专利申请号：200820109599.2），它的原理就是上述的方法，其它尚未见公开的文献及专利。

金属交流等离子体发生器是近些年来发展起来的新技术，与直流等离子枪相比：交流等离子枪电极寿命长，电源简单、投资少，维护量小，所以交流等离子枪更具有推广和使用价值。但是，由于外置式火花塞引弧可靠差，高频对外界影响大，致使交流等离子枪连续运行不稳定，对交流等离子枪的应用推广起到了阻碍作用，制约了它的发展，使交流等离子发生器在工业应用中受到了极大的制约。

发明内容

本发明的目的在于摒弃现有技术的不足，提供一种内置火花塞式交流等离子体发生器，该发生器将火花塞与等离子枪融为一体，火花塞的一极引到枪内金属进气环上，另一极接到枪的后电极，使其在枪内放电，产生电火花，达到引弧的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种内置火花塞式交流等离子体发生器，包括前电极组件、火花放电组件、后电极组件，前电极组件与后电极组件为同轴安装，在前电极组件与后电极组件之间轴向安装火花放电组件。

而且，所述前电极组件由前电极外壳、前电极夹层、前电极、前电极进水口、前电极出水口构成，前电极外壳为中空圆筒状并制有同轴的前电极夹层，该前电极夹层内同轴安装前电极，夹层可通冷却水，前电极外壳及其夹层的材质均选用不锈钢，前电极材质选用紫铜并与外壳同轴连接。

而且，所述火花放电组件由金属进气环、绝缘件构成，金属进气环是火花塞的一极，切向钻有进气孔，绝缘件为左右两片呈圆环形，其作用是将前后电极绝缘，并将金属进气环固定在两片之间，材料为耐高温的绝缘陶瓷。

而且，所述后电极组件由后电极外壳、后电极夹层、后电极及后电极进水口、后电极出水口构成，后电极外壳为盲孔的中空杯状且在其内制有同轴的夹层；后电极为杯状并杯底朝后同轴安装在后电极外壳的夹层内，该夹层可通冷却水；后电极外壳材质选用不锈钢，后电极材质选用紫铜与外壳同轴连接。

本发明与现有技术相比的优点及积极效果是：

1、本发明的引弧电路与主电源不形成闭合回路，避免了高频高压信号对一次电源的影响，提高了供电质量和电气元件的使用寿命。

2、本发明的火花塞在枪体内放电，高频信号被屏蔽，有效地减少了高频无线信号对外界的干扰和污染，增加了系统的安全性。

3、本发明由于作为火花塞一极的金属进气环结构设计合理、装配可靠、同心度好，可适当降低振荡频率及电压幅值，减少烧蚀量，延长金属进气环的寿命。

4、本发明省略了高频耦合变压器，引弧电源简化，降低了制造成本，便于调试与维护，且维护量很小，为发展大功率交流等离子枪奠定了基础。

5、本发明采用内置火花塞式引弧代替目前采用的利用高频、高压耦合变压器串联于主电路的引弧方式，解决了以往交流等离子发生器在引弧的过程中出现的诸多弊端，达到连续稳定的引弧，长时间可靠运行的目的。

附图说明

图l为本发明的截面剖视示意图；

图2为本发明的引弧电路接线图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施对本发明专利作进一步详述，以下实施例是描述性的，非限定性，不能以此限定本发明专利的保护范围。

一种内置火花塞式交流等离子体发生器，如图1所示，包括前电极组件、火花放电组件、后电极组件，前电极组件与后电极组件为同轴安装，在前电极组件与后电极组件之间轴向安装火花放电组件。

各组件的构成分别是：

1、前电极组件由前电极外壳1、前电极夹层2、前电极3、前电极进水口4、前电极出水口12构成，前电极外壳为中空圆筒状并制有同轴的前电极夹层，该前电极夹层内同轴安装前电极，夹层可通冷却水，前电极外壳及其夹层的材质均选用不锈钢，前电极材质选用紫铜并与外壳同轴连接。

2、火花放电组件由金属进气环5、绝缘件6构成，金属进气环是火花塞的一极，切向钻有进气孔，该进气孔的数量及直径由进气量决定，流经的气体对金属进气环有良好的冷却效果，材质选用紫铜；绝缘件为左右两片，呈圆环形，其作用是将前后电极绝缘，并将金属进气环固定在两片之间，材料为耐高温的绝缘陶瓷，绝缘件均为机械加工、同轴连接，具有良好的同心度和严密的装配工艺。

3、后电极组件由后电极外壳7、后电极夹层8、后电极9及后电极进水口10、后电极出水口11构成，后电极外壳为盲孔的中空杯状且在其内制有同轴的夹层；后电极为杯状并杯底朝后同轴安装在后电极外壳的夹层内，该夹层可通冷却水；后电极外壳材质选用不锈钢，后电极材质选用紫铜与外壳同轴连接。

本发明的工作原理为：

利用夹在前后电极中间的金属进气环作为火花放电极的一极，对后电极放电，前后电极短路，达到引弧的目的。

电火花的产生如图2所示，该电路由交流电源、开关K、升压变压器T、电容C、电感L构成，升压变压器为高漏抗型，初级交流380V，次级3000V～5000V，当次级电压升高时，便向电容器充电。电容器为高压电容器，电感为磁芯（或空心）电感。当电容器两端的电压达到火花塞间隙的击穿值时，开始放电、导通，在电容、火花放电电阻、电感组成的串联回路里形成高频高压振荡。升压变压器不断地为振荡电路提供能量，将振荡持续下去，振荡产生的高频高压信号，加到交流等离子枪的金属进气环与后电极之间，产生放电火花，使前后电极间形成通路，达到引燃主弧的目的。

需要说明的是火花放电电路的相序，须与加在前后电极上的交流电源相序一致。

本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种内置火花塞式交流等离子体发生器，其特征在于：包括前电极组件、火花放电组件、后电极组件，前电极组件与后电极组件为同轴安装，在前电极组件与后电极组件之间轴向安装火花放电组件；

所述前电极组件由前电极外壳、前电极夹层、前电极、前电极进水口、前电极出水口构成，前电极外壳为中空圆筒状并制有同轴的前电极夹层，该前电极夹层内同轴安装前电极，夹层通冷却水，前电极外壳及其夹层的材质均选用不锈钢，前电极材质选用紫铜并与外壳同轴连接；

所述火花放电组件由金属进气环、绝缘件构成，金属进气环是火花塞的一极，切向钻有进气孔，绝缘件为左右两片呈圆环形，其作用是将前后电极绝缘，并将金属进气环固定在两片之间，材料为耐高温的绝缘陶瓷；

所述后电极组件由后电极外壳、后电极夹层、后电极及后电极进水口、后电极出水口构成，后电极外壳为盲孔的中空杯状且在其内制有同轴的夹层；后电极为杯状并杯底朝后同轴安装在后电极外壳的夹层内，该夹层通冷却水；后电极外壳材质选用不锈钢，后电极材质选用紫铜与外壳同轴连接。