CN103737164A - 等离子弧柱压缩器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子弧柱压缩器，包括压缩系统和配套的切割系统，其中，压缩系统包括压缩电流源、压缩套筒和压缩导线，完成对原有等离子弧柱的压缩；配套的切割系统包括原有切割电流源、切割导线、割炬以及工件，完成对金属管板的切割。本发明可以压缩等离子弧柱更细，能量更加集中，因而带来响应速度快、切口更窄、运行可靠平稳等优势，使得切割质量更加接近精细切割、类激光切割下限水平。

Description

等离子弧柱压缩器

技术领域

本发明涉及等离子切割领域与电力电子变换领域的一种等离子切割用割炬辅助装置，具体地，涉及一种等离子弧柱压缩器。

背景技术

不论是手动、半自动，还是全自动切割，等离子切割装置是由机械设备、电控设备、供气设备等组成，其中电控设备包括电源系统、数控系统、割炬系统和ECAN总线，电源系统又包括等离子切割电源、引弧箱、气控箱、冷却系统、管线等主要部分。割炬系统包括割炬、水平伺服控制器和调高器控制器。

等离子切割装置的功率电路逐渐增加，切割电流已经由130A、260A、400A、530A、650A、800、1000A发展，用于切割更厚的金属板材和管材，功率等级也由22kW超175kW方向增加。另一个方面，对金属工件切割的质量要求也越来越高。影响切割质量指标的因素有多种，包括割炬水平运动精度、割炬垂直运动精度、保护气与切割气的稳定度、切割电流的精度等等。等离子切割装置的切割精度高于火焰切割精度，其原因之一就是等离子切割装置的切割弧柱具有机械收缩、热收缩和磁收缩，使得切割弧柱变得更加精细，能量密度更高，弧柱速度可到57km/s，因此切割质量好，而且切割速度快。目前世界上能够生产割炬的企业较多，包括海宝、维克多、凯尔贝等企业。割炬设计的好坏是影响切割的最后一步，割炬由负极（负电极）、割嘴（割嘴）、涡流环、护套、上套筒和下套筒等组成，其中有保护气、切割气、冷却液、电流等流动，割炬的结构设计直观重要，可以进行优化设计。当然也可以设计新型电磁装置，利用电磁设计，增强切割弧柱能量密度，改善切割质量。

经过对等离子割炬和弧柱方面现有技术的检索，发现主要有以下代表性文献：

李波发表的“直流等离子弧切割炬的优化和设计”（中国科学院合肥物质科学研究院，硕士学位论文，2007年），该文献探讨了等离子弧切割炬的优化和设计，没有给出其他方面的考虑。

综合以上，对等离子割炬现有技术的检索后发现，还没有文献给出利用磁收缩技术来改善弧柱品质的报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种等离子弧柱压缩器，支持输出直流电流可达260A，控制简单，动态响应快速，输出直流电流纹波低。

为实现上述目的，本发明所述的等离子弧柱压缩器，包括：一压缩系统，用于完成对原有等离子弧柱的压缩；一配套的切割系统，用于完成对金属管板的切割。

所述压缩系统包括压缩电流源、压缩导线和压缩套筒；所述切割系统包括切割电流源、切割导线、割炬和工件；其中，所述两根压缩导线的一端分别连接压缩电流源的正极和负极，它们的另一端分别连接压缩套筒的上下端，所述压缩套筒罩在割炬的负极以下和工件以上部分，套筒为导体材料；所述两根切割导线的一端分别连接切割电流源的正极和负极，它们的另一端分别连接到割炬的负极和工件；所述割炬的负极经过一根切割导线连接切割电流源的负极；所述工件经过另一根切割导线连接切割电流源的正极，工件相当于正极。

本发明的工作原理是：压缩电流源输出无纹波的直流电流，直流电流流经套筒，方向由上倒下，形成静止环形磁场，俯视时在套筒内部形成顺时针方向。切割电流会流经工件，然后在工件和割炬的割嘴之间产生等离子弧柱，最后由割嘴内负极以直流电流形式流回切割电流源。等离子弧柱包含正电荷和电子，弧柱方向由上到下，速度高达67km/s。等离子弧柱也形成环形静止磁场，在该磁场的作用下，正电荷和电子趋向于向弧柱中心移动，这就是等离子弧柱磁收缩（磁压缩）效应。等离子弧柱中正电荷和电子在压缩电流形成的静止环形磁场作用下，阻止向弧柱外围移动。结果，在切割电流（等离子弧柱）和压缩电流形成磁场的作用下，等离子弧柱更加精细，完整，能量密度更高，穿透力更强，割缝更细，切割质量越高。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：等离子弧柱更细，能量密度更高，带来切割工艺的改变和切割质量的提升；考虑问题如下：收缩套筒的设计不应影响弧柱的形成，收缩套筒的材质应该耐受高温。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明原理图；

图2为本发明套筒结构示意图；

图中：压缩电流源1，压缩套筒2，压缩导线3，切割电流源4，切割导线5，割炬6，工件7，割嘴8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种等离子弧柱压缩器，包括压缩系统和切割系统，其中压缩系统包括压缩电流源1、压缩套筒2和压缩导线3，完成对原有等离子弧柱的压缩；配套的切割系统包括原有切割电流源4、切割导线5、割炬6以及工件7，割炬6内部具有负极8，割炬6最下端为割嘴，完成对金属管板的切割。图中I1为切割电流源的电流，I2为压缩电流源的电流，二者的方向相反。

所述两根压缩导线3的一端分别连接压缩电流源1的正极和负极，另两端分别连接压缩套筒2的上下端，所述压缩套筒2罩在割炬6的负极8以下和工件7以上部分，套筒2为足够低阻值的导体材料（目的在于降低套筒本身的发热，提高效率）；所述两根切割导线5的一端分别连接切割电流源4的正极和负极，另两端分别连接到割炬6的负极8和工件7；所述割炬6的负极8经过一根切割导线5连接切割电流源4的负极；所述工件7经过另一根切割导线5连接切割电流源4的正极，工件7相当于正极。

本实施例中，所述压缩电流源1为一个直流电流源，电流幅度连续可调，范围为0～260A。

本实施例中，所述压缩导线3为两条粗铜线，两条铜线一端分别连接压缩电流源1的正极和负极。

本实施例中，所述压缩套筒2为铜制套筒，罩在割炬6的负极以下和工件7以上部分，套筒具有很多形状、尺寸和质地，套筒实际上也为导体，套筒为耐高温的导电材料，自身热损失尽量低。套筒的形状和尺寸可以根据需要确定，如图2所示，可以为上下一致的空心圆柱形、中间细的空心圆柱形、上粗下细的空心圆柱形或上细下粗的空心圆柱形。

本实施例中，所述切割电流源4为一个直流电流源，电流幅度连续可调，输出直流范围为0～260A，输出直流电压150V。

本实施例中，所述切割导线5为两条粗铜线，两条铜线一端分别连接切割电流源4的正极和负极。

本实施例中，所述割炬6为现有割炬产品。

本实施例中，所述工件7为被加工板材。

本实施例中，压缩电流源1输出无纹波的直流电流，直流电流流经套筒，方向由上到下，形成静止环形磁场，俯视时在套筒内部形成顺时针方向。切割电流会流经工件7，然后在工件7和割炬6割嘴8之间产生等离子弧柱，最后由割嘴内负极以直流电流形式流回切割电流源4。等离子弧柱包含正电荷和电子，弧柱方向由上到下，速度高达67km/s。等离子弧柱也形成环形静止磁场，在该磁场的作用下，正电荷和电子趋向于向弧柱中心移动，这就是等离子弧柱磁收缩（磁压缩）效应。等离子弧柱中正电荷和电子在压缩电流形成的静止环形磁场作用下，阻值向弧柱外围移动。结果，在切割电流（等离子弧柱）和压缩电流形成磁场的作用下，等离子弧柱更加精细，完整，能量密度更高，穿透力更强，割缝更细，切割质量越高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种等离子弧柱压缩器，包括：一压缩系统，用于完成对原有等离子弧柱的压缩；一配套的切割系统，用于完成对金属管板的切割；其特征在于：

所述压缩系统包括压缩电流源、压缩导线和压缩套筒；

所述切割系统包括切割电流源、切割导线、割炬和工件；

其中，两根所述压缩导线一端分别连接压缩电流源的正极和负极，它们的另一端分别连接压缩套筒的上下端，所述压缩套筒罩在割炬的负极以下和工件以上部分，套筒为导体材料；两根所述切割导线一端分别连接切割电流源的正极和负极，它们的另一端分别连接到割炬的负极和工件；所述割炬负极连接切割电流源的负极；所述工件连接切割电流源的正极，工件相当于正极；

所述压缩电流源输出无纹波的直流电流，直流电流流经压缩套筒，方向由上倒下，形成静止环形磁场，俯视时在套筒内部形成顺时针方向；切割电流源会流经工件，然后在工件和割炬的割嘴之间产生等离子弧柱，最后由割嘴内负极以直流电流形式流回切割电流源；等离子弧柱包含正电荷和电子，弧柱方向由上到下，等离子弧柱也形成环形静止磁场，在该磁场的作用下，正电荷和电子趋向于向弧柱中心移动，这就是等离子弧柱磁收缩效应；等离子弧柱中正电荷和电子在压缩电流形成的静止环形磁场作用下，阻止向弧柱外围移动，在等离子弧柱和压缩电流形成磁场的作用下，等离子弧柱更加精细，完整，能量密度更高，穿透力更强，割缝更细，切割质量越高。

2.根据权利要求1所述的等离子弧柱压缩器，其特征在于所述压缩套筒的形状为上下一致的空心圆柱形、中间细的空心圆柱形、上粗下细的空心圆柱形或上细下粗的空心圆柱形。

3.根据权利要求1所述的等离子弧柱压缩器，其特征在于所述压缩电流源为一个直流电流源，电流幅度连续可调，范围为0～260A。

4.根据权利要求1所述的等离子弧柱压缩器，其特征在于所述切割电流源为一个直流电流源，电流幅度连续可调，输出直流范围为0～260A，输出直流电压150V。

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