CN112203391B - 三针式交流等离子体发生装置及其使用方法 - Google Patents

三针式交流等离子体发生装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三针式交流等离子体发生装置及其使用方法，其包括等离子基座，等离子基座顶端设有贯穿等离子基座的出气管，等离子基座顶部以出气管的轴线为对称轴对称设有电极支架，电极支架顶部可拆卸连接有电极棒，且电极支架底部贯穿等离子基座；等离子基座顶端还设有贯穿离子基座的引弧支架，引弧支架顶端设有引弧电极片和反向限位件，且引弧电极片位于反向限位件和出气管之间，引弧电极片的中上部分与反向限位件之间的夹角为α，电极支架和引弧支架上均套设有绝缘套，且绝缘套与等离子基座接触。解决了现有技术中等离子体发生器的结构适配于直流电源直接供电，存在结构复杂的等问题。

Description

三针式交流等离子体发生装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及等离子体发生装置技术领域，特别是涉及一种三针式交流等离子体发生装置及其使用方法。
背景技术
随着等离子体技术的广泛应用，等离子体发生器装置的稳定性和可靠性越来越受行人们关注，现有等离子体发生器基本采用直流电源的方式驱动，不仅对等离子体发生器电源要求很高，电路复杂，实现大功率的等离子体电源比较困难，且成本也比较高；直流等离子体发生器主要由阴极、阳极和供气系统组成，离子体主要集中在很小的区域，高温、氧化、电流的冲击等因素，阴极极易损耗，需要特殊材料和根据环境选择保护性气体对阴极进行保护，无论采用什么方式，受电极材料的固有特性影响，导致等离子体发生器的使用寿命受到电极使用寿命受的限制，使其不能长时间、连续的工作；且直流产生等离子体不稳定，温度波动较大；且结构复杂，维修困难，制造成本高。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种三针式交流等离子体发生装置及其使用方法，解决了现有技术中等离子体发生器的结构适配于直流电源直接供电，存在结构复杂的等问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，提供一种三针式交流等离子体发生装置，其包括三针式等离子体发生组件和电源组件；所述三针式等离子体发生组件包括：
等离子基座，等离子基座顶端设有贯穿等离子基座的出气管，出气管的两侧分别设有一个电极支架，且电极支架底部贯穿等离子基座，电极支架顶部开设有用于安装电极棒的电极通孔，且电极支架顶端设有用于固定电极棒的固定件；
等离子基座顶端还设有贯穿离子基座的引弧支架，引弧支架顶端设有引弧电极片和反向限位件，且引弧电极片位于反向限位件和出气管之间，引弧电极片的中上部分与反向限位件之间的夹角为α；
电极支架和引弧支架上均套设有绝缘套，且绝缘套与等离子基座接触；
电源组件包括分别与电极支架和引弧支架贯穿等离子基座的一端连接的等离子体发生器电源和引弧电源，引弧电源包括依次连接的电流采样器、控制器和引弧器，引弧器与引弧支架连接，且电流采样器与等离子体发生器电源连接。
进一步地，两个电极支架和引弧支架上均套设有绝缘套。
进一步地，引弧支架和其中一个电极支架上均套设有绝缘套。减少绝缘套的数量，进而简化等离子基座的结构，便于加工，降低了装置的制造成本。使用时，未设置绝缘套的电极支架与装置外壳接地，实现电极支架和引弧支架间的绝缘。
进一步地，绝缘套的截面呈工字形，且绝缘套的竖直段开设有贯穿竖直段的安装孔，且安装孔的轴线与绝缘套的水平段垂直，绝缘套的材料为陶瓷材料。
进一步地，电极支架和引弧支架均套设有环状的限位凸环，限位凸环的底面与绝缘套顶端或等离子基座顶端贴合。
进一步地，电极支架顶端开设有与电极通孔连通的螺纹孔，固定件为螺丝，且固定件与螺纹孔配合。
进一步地，出气管顶部套设有陶瓷挡环，且陶瓷挡环沿径向向外设有截面呈矩形的挡环凸起，挡环凸起的端面正对引弧电极片的内侧，出气管穿过等离子基座的一端连接有气管接头。
进一步地，电极支架和引弧支架贯穿等离子基座的一端均设为螺纹连接段，且螺纹连接段上套设有锁定螺母。
进一步地，等离子体发生器电源、引弧电源、电极支架和引弧支架采用三相三线或三相四线的接线方式连接。
第二方面，还提供一种三针式交流等离子体发生装置的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、启动等离子体发生器电源和引弧电源，并控制出气管吹出气体；
S2、接收电流采样器实时上传的采样数据，控制器根据采样数据控制引弧器向引弧支架提供预定数值的高压脉冲电流；
S3、判断采样数据是否处于预定范围内，若是，则控制器控制引弧器断开高压脉冲电源输出，之后进入步骤S4，否则，返回步骤S2，直至采样数据处于预定范围后进入步骤S4；
S4、判断采样数据是否处于第二预定范围内，若是，则出气管停止气体输出，并关闭等离子体发生器电源和引弧电源，否则，重复此步骤。
本发明的有益效果为：
使用时，电极支架与交流电源连接，引弧支架连接引弧电源，通过引弧电极片使其两侧的电极棒产生等离子体。两个电极棒之间的等离子体温度不断升高，根据引弧电极片材料特性，引弧电极片受热后往反向限位件方向偏移，引弧电极片离开两电极棒中间，偏移至反向限位件，限制引弧电极片继续变形而偏移。
气体从出气管吹出，将两电极棒之间的等离子体向外喷射，当两电极棒之间电弧断开时，等离子体消失，则温度降低，根据引弧电极片材料特性，受冷后恢复原来位置，引弧电极片内侧与出气管顶部抵触，出气管将引弧电极片限位至此处。
通过反向限位件和出气管使引弧电极片在预定范围内偏移，同时出气管确保引弧电极片位于两个电极棒的中心线上，保证引弧的顺利进行。等离子体发生器电源和引弧电源分别对电极支架和引弧支架施加交流电和直流电。电流采样器对等离子体发生器电源进行电流采样，控制器根据电流采样结果，控制引弧器对引弧支架提供高压脉冲电源以完成引弧操作。通过一个引弧电极片和两个电极棒组成三针式交流等离子发生机构，极大地降低了电极棒端的电极损耗，使用寿命延长，结构简单，电极损耗后易更换，可以长时间连续的工作，解决直流电源复杂、等离子体温度波动大、结构复杂，不方便维修、造成本高等问题。
附图说明
图1为三针式交流等离子体发生装置的轴测图。
图2为三针式交流等离子体发生装置的剖视示意图。
图3为三针式交流等离子体发生装置的引弧电机构示意图。
图4为三针式交流等离子体发生装置的出气管示意图。
图5为三针式交流等离子体发生装置的电极支架示意图。
图6为交流等离子体电源的电路示意图。
图7为交流等离子体电源为三相三线的接线示意图。
图8为交流等离子体电源为三相四线的接线示意图。
其中，1、等离子基座；2、出气管；3、电极支架；4、电极棒；5、引弧支架；6、引弧电极片；7、反向限位件；8、绝缘套；9、限位凸环。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1、2和4所示，本方案提供了一种三针式交流等离子体发生装置，其包括三针式等离子体发生组件和电源组件；所述三针式等离子体发生组件包括：等离子基座1，等离子基座1为法兰盘结构。等离子基座1顶端设有贯穿等离子基座1的出气管2，出气管2顶部套设有陶瓷挡环，且陶瓷挡环沿径向向外设有截面呈矩形的挡环凸起，挡环凸起的端面正对引弧电极片6的内侧，出气管2穿过等离子基座1的一端连接有气管接头。
通过陶瓷材料的陶瓷挡环，起着限制引弧电极结构上的引弧电极片6正向偏移位置，不受热变形的情况下将引弧电极片6限制在两个电极支架3中心线上。气管接头的表面部分攻有螺纹，通过螺纹将气管接头安装在等离子基座1低端，并且与外部气管连通，实现气体供应。
等离子基座1顶部以出气管2的轴线为对称轴对称设有电极支架3，如图5所示，且电极支架3底部贯穿等离子基座1，电极支架3顶部开设有用于安装电极棒4，(电极支架3和电极棒4组成发射电极)的电极通孔，且所述电极支架3顶端设有用于固定电极棒4的固定件。电极支架3顶端开设有与所述电极通孔连通的螺纹孔，所述固定件为螺丝，且所述固定件与螺纹孔配合。
如图3所示，等离子基座1顶端还设有贯穿离子基座1的引弧支架5，引弧支架5顶端设有引弧电极片6(引弧支架5和引弧电极片6组成引弧电极)和反向限位件7，且引弧电极片6位于反向限位件7和出气管2之间，引弧电极片6的中上部分与反向限位件7之间的夹角为α，夹角α的根据需求而定。
具体地，弯折部的弯折方向朝向两个电极支架3的中心线方向，反向限位件7为圆杆结构，且反向限位件7紧靠引弧电极片6的根部。引弧电极片6为双金属材料，其作用是给两电极棒4之间引弧，引弧成功后，两电极棒4之间产生等离子体温度升高，根据双金属片材料特性(两面膨胀系数不一样)，受热后往反向限位件7方向偏移，引弧电极片6离开两电极棒4中间，至反向限位件7，限制引弧电极片6继续变形。
如图2所示，电极支架3和引弧支架5上均套设有绝缘套8，且所述绝缘套8与等离子基座1接触。进一步地，两个电极支架3和引弧支架5上均套设有绝缘套8，绝缘套8的材料为陶瓷材料。绝缘套8的截面呈工字形，且绝缘套8的竖直段开设有贯穿竖直段的安装孔，且安装孔的轴线与绝缘套8的水平段垂直。电极支架3和引弧支架5均套设有环状的限位凸环9，限位凸环9的底面与绝缘套8顶端或等离子基座1顶端贴合。电极支架3和引弧支架5贯穿等离子基座1的一端均设为螺纹连接段，且螺纹连接段上套设有锁定螺母。
通过工字形的陶瓷绝缘套8，起着绝缘作用，使三个电极(两个电极棒4和一个引弧电极片6所在的电极)之间隔离不导通。通过安装孔，电极支架3和引弧支架5穿过等离子基座1，等离子基座1开有与绝缘套8配合的通孔。限位凸环9底端与绝缘套8顶端贴合形成的卡位结构，卡位结构牢牢支撑住电极支架3和引弧支架5的同时避免电极支架3和引弧支架5穿过等离子基座1的长度过多，并且配合锁定螺母将电极支架3和引弧支架5牢牢固定在等离子基座1上。电极支架3和引弧支架5均为圆杆结构，螺纹连接段攻有外螺纹，螺纹连接段作用之一是与锁定螺母螺纹连接，其二是螺纹连接段作为电源连接头。
电源组件包括分别与电极支架3和引弧支架5贯穿等离子基座1的一端连接的等离子体发生器电源和引弧电源，等离子发生器电源和引弧电源组成交流等离子体电源，等离子发生器电源为交流电源，引弧电源为直流电源。如图6-8所示，引弧电源包括依次连接的电流采样器、控制器和引弧器，引弧器与引弧支架5连接，且电流采样器与等离子体发生器电源连接。等离子体发生器电源、引弧电源、电极支架3和引弧支架5采用三相三线(如图7所示)或三相四线(如图8所示)的接线方式连接。当采用三相四线的接线方式时，其中一个电极支架3接零线，并且交流等离子体电源供电电压为220V。本实施例中采用三相三线的接线方式，交流等离子体电源供电电压为380V。本实施例中，电流采样器可以采用MAX471，控制器可以采用PLC。
本方案还提供一种三针式交流等离子体发生装置的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、启动等离子体发生器电源和引弧电源，以及控制出气管2吹出气体；
S2、接收电流采样器实时上传的采样数据，控制器根据采样数据控制引弧器向引弧支架5提供预定数值的高压脉冲电流；
S3、判断采样数据是否处于预定范围内，若是，则控制器控制引弧器断开高压脉冲电源输出，之后进入步骤S4，否则，重复步骤S2和S3，直至采样数据处于预定范围后进入步骤S4；
S4、判断采样数据是否处于第二预定范围内，若是，则出气管2停止气体输出，并关闭等离子体发生器电源和引弧电源，否则，重复此步骤。

Claims (10)

1.三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，包括三针式等离子体发生组件和电源组件；所述三针式等离子体发生组件包括：
等离子基座(1)，所述等离子基座(1)顶端设有贯穿等离子基座(1)的出气管(2)，所述出气管(2)的两侧分别设有一个电极支架(3)，且所述电极支架(3)底部贯穿等离子基座(1)，所述电极支架(3)顶部开设有用于安装电极棒(4)的电极通孔，且所述电极支架(3)顶端设有用于固定电极棒(4)的固定件；
所述等离子基座(1)顶端还设有贯穿离子基座(1)的引弧支架(5)，所述引弧支架(5)顶端设有引弧电极片(6)和反向限位件(7)，且所述引弧电极片(6)位于反向限位件(7)和出气管(2)之间，所述引弧电极片(6)的中上部分与反向限位件(7)之间的夹角为α；
所述电极支架(3)和引弧支架(5)上均套设有绝缘套(8)，且所述绝缘套(8)与等离子基座(1)接触；
所述电源组件包括分别与所述电极支架(3)和引弧支架(5)贯穿等离子基座(1)的一端连接的等离子体发生器电源和引弧电源，所述引弧电源包括依次连接的电流采样器、控制器和引弧器，所述引弧器与引弧支架(5)连接，且所述电流采样器与等离子体发生器电源连接。
2.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，两个所述电极支架(3)和引弧支架(5)上均套设有绝缘套(8)。
3.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述引弧支架(5)和其中一个电极支架(3)上均套设有绝缘套(8)。
4.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述绝缘套(8)的截面呈工字形，所述绝缘套(8)的竖直段开设有贯穿竖直段的安装孔，且所述安装孔的轴线与绝缘套(8)的水平段垂直，所述绝缘套(8)的材料为陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述电极支架(3)和引弧支架(5)均套设有环状的限位凸环(9)，所述限位凸环(9)的底面与绝缘套(8)顶端或等离子基座(1)顶端贴合。
6.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述电极支架(3)顶端开设有与所述电极通孔连通的螺纹孔，所述固定件为螺丝，且所述固定件与螺纹孔配合。
7.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述出气管(2)顶部套设有陶瓷挡环，且所述陶瓷挡环沿径向向外设有截面呈矩形的挡环凸起，所述挡环凸起的端面正对引弧电极片(6)的内侧，所述出气管(2)穿过等离子基座(1)的一端连接有气管接头。
8.根据权利要求1所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述电极支架(3)和引弧支架(5)贯穿等离子基座(1)的一端均设为螺纹连接段，且所述螺纹连接段上套设有锁定螺母。
9.根据权利要求1-8任一所述的三针式交流等离子体发生装置，其特征在于，所述等离子体发生器电源、引弧电源、电极支架(3)和引弧支架(5)采用三相三线或三相四线的接线方式连接。
10.一种权利要求1-9任一所述的三针式交流等离子体发生装置的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、启动等离子体发生器电源和引弧电源，并控制出气管(2)吹出气体；
S2、接收电流采样器实时上传的采样数据，控制器根据采样数据控制引弧器向引弧支架(5)提供预定数值的高压脉冲电流；
S3、判断采样数据是否处于预定范围内，若是，则控制器控制引弧器断开高压脉冲电源输出，之后进入步骤S4，否则，返回步骤S2，直至采样数据处于预定范围后进入步骤S4；
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