CN114025463B - 一种电弧等离子体炬引弧装置及引弧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧等离子体炬引弧装置及引弧方法，装置包括间隔设置的阴极电极和阳极电极、电联通阳极电极和阴极电极的引弧杆、所述阴极电极或阳极电极的一端连接导电杆，所述引弧杆侧面与阴极电极或阳极电极滑动接触，引弧杆一端连接滑动铁磁体、引弧杆另一端指向阳极电极或阴极电极，导电杆外侧间隔套设有固定铁磁体和滑动铁磁体，固定铁磁体和滑动铁磁体各自存在环向磁路气隙且两者之间吸合体为不完整空心柱体，所述固定铁磁体与滑动铁磁体之间吸合面的法线至少有平行于导电杆轴线的分量。本发明通过等离子体炬工作电流驱动滑动铁磁体带动引弧杆断开阴极电极和阳极电极实现引弧，具有自引弧和断弧重引弧功能，无需外部控制电路和操作电源。

Description

一种电弧等离子体炬引弧装置及引弧方法

技术领域

本发明属于电弧等离子体放电技术领域，特别涉及一种电弧等离子体炬引弧装置及引弧方法。

背景技术

随着等离子技术的发展，等离子的应用也越加广泛，在等离子化工领域，等离子炬的功率也提高至MW级以上，电压不断升高，电极之间的间隙也相应增大，电极间隙过长的等离子炬的设计造成等离子炬启动发生时引弧困难的现象。现有引弧方法包括高压火花引弧和熔丝短路引弧，高压火花引弧需要利用高压击穿电极与工件的空间，高压火花引弧电压需求高，且当电极与工件之间间隙过大时击穿困难，不能满足大间隙的等离子炬启动时引弧。熔丝短路引弧时容易产生熔丝残留污染。因而提供一种引弧间隙距离大，无高压问题、无熔丝残留污染的引弧技术至关重要。机械短路引弧机构，包括电动机、外置电磁操作机构时常用的方法，但需要专用电源和控制电路、且结构复杂。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种引弧间隙距离大，无高压问题、无熔丝残留污染的引弧技术。

第一方面，提供一种电弧等离子体炬引弧装置，包括间隔设置的阴极电极和阳极电极、可以电联通阳极电极和阴极电极的引弧杆、所述阴极电极或阳极电极的一端连接导电杆，所述引弧杆侧面与阴极电极或阳极电极滑动接触，引弧杆的一端连接滑动铁磁体、所述引弧杆另一端指向阳极电极或阴极电极，所述导电杆外侧间隔套设有固定铁磁体和滑动铁磁体，所述固定铁磁体和滑动铁磁体各自存在环向磁路气隙，所述固定铁磁体与所述滑动铁磁体吸合体为不完整空心柱体，且所述空心柱体的轴线与所述导电杆轴线平行，所述固定铁磁体与所述滑动铁磁体之间吸合面的法线至少有平行于所述导电杆的轴线的分量，所述固定铁磁体和滑动铁磁体吸合面之间的磁路气隙的最大值不大于所述固定铁磁体和滑动铁磁体环向磁路气隙的最小值；所述滑动铁磁体在周向固定且轴向可移动。

进一步地，所述吸合面为平面或曲面。

进一步地，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间吸合面边缘全部位于对应铁磁体本体的侧面，所述固定铁磁体的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体的环向磁路气隙在垂直于轴线平面的投影不重叠。

进一步地，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间吸合面外边缘部分位于对应铁磁体本体的端面，形成分设于轴线两侧的两对吸合面。

进一步地，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间的两对吸合面与对应本体侧面的交线为螺旋线。

进一步地，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间两对吸合面中其中一对吸合面为平行于轴线的平面，且该对吸合面之间为滑动接触，另一对吸合面与对应本体侧面的交线为螺旋线。

进一步地，所述固定铁磁体的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体的环向磁路气隙在垂直于轴线平面上的投影轴对称。

第二方面，提供一种基于上述所述的电弧等离子体炬引弧装置的引弧方法，包括如下步骤：

引弧杆初始处于接通通阴极和阳极的短路状态；

启动电弧电源为阳极电极和阴极电极供电，产生短路电流，短路电流通过导电杆中产生环绕导电杆的磁场使固定铁磁体和滑动铁磁体被磁化；

固定铁磁体和滑动铁磁体之间产生吸引力，其吸引力的轴向力驱动滑动铁磁体，带动引弧杆分断阳极电极和阴极电极，在阴极电极和阳极电极之间产生电弧；

电弧正常工作时，导电杆中的电流维持滑动铁磁体和固定铁磁体产生磁力使引弧杆维持阳极电极和阴极电极分断状态；

当出现断弧故障时，引弧杆在复位机构的作用下自动复位接通阴极电极和阳极电极，重新引弧；电弧电源停止工作时，引弧杆通过复位机构还原到接通阴极电极和阳极电极的初始状态。

本发明技术方案有益效果为：本发明技术方案通过引弧杆通电时产生的电流使相对的两铁磁体产生吸引力进而带动引弧杆分断阴极和阳极产生电弧完成引弧，引弧方法和结构设计简单，无需复杂的电路控制；同时，在出现断弧故障时，引弧杆自动复位接通阴极和阳极，之后在断开完成断弧后的自动引弧；本发明技术方案的电弧等离子体炬引弧装置，采用机械短路引弧，引弧间隙距离大、无高电压问题，且不会产生熔丝残留污染。

附图说明

图1为本发明电弧等离子体炬引弧装置的结构示意图；

图2a为实施例1中固定铁磁体和滑动铁磁体的配合立体结构示意图；

图2b为实施例1中滑动铁磁体的剖面视图；

图2c为实施例1中固定铁磁体的剖面视图；

图3a为实施例2中固定铁磁体和滑动铁磁体的配合立体结构示意图；

图3b为实施例2中固定铁磁体和滑动铁磁体的侧面视图；

图3c为实施例2中固定铁磁体的端面视图；

图4a为实施例3中固定铁磁体和滑动铁磁体的配合立体结构示意图；

图4b为实施例3中固定铁磁体端面视图；

图5a为实施例4中固定铁磁体和滑动铁磁体的配合立体结构示意图；

图5b为实施例4中固定铁磁体和滑动铁磁体的侧面视图。

具体实施方式

下面通过实施实例和附图进一步详细说明。

实施例1

如图1、图2a、图2b所示，本发明实施例提供一种电弧等离子体炬引弧装置，包括间隔设置的阴极电极1和阳极电极2、可以电联通阳极电极2和阴极电极1的引弧杆6、所述阴极电极1的一端连接导电杆5，所述引弧杆6侧面与阴极电极1滑动接触，引弧杆6的一端连接滑动铁磁体4、所述引弧杆6另一端指向阳极电极2，所述导电杆5外侧间隔套设有固定铁磁体3和滑动铁磁体4，所述固定铁磁体3和滑动铁磁体4各自存在环向磁路气隙，所述固定铁磁体3与所述滑动铁磁体4吸合体为不完整空心柱体，且所述空心柱体的轴线与所述导电杆5轴线平行，所述固定铁磁体3与所述滑动铁磁体4之间吸合面的法线至少有平行于所述导电杆的轴线的分量，具体的，固定铁磁体3的吸合面301和滑动铁磁体4的吸合面401的法线与导电杆的轴线之间的夹角为α，0≤α<90℃，所述固定铁磁体和滑动铁磁体吸合面之间的磁路气隙的最大值不大于所述固定铁磁体和滑动铁磁体环向磁路气隙的最小值H；所述滑动铁磁体4在周向固定且轴向可移动，滑动电磁铁在轴向方向的移动距离为d/cosα。

本发明实施例中，所述吸合面为平面，所述固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4之间吸合面边缘全部位于对应铁磁体本体的侧面，固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4可看作由空心圆柱过侧面切形成，所述固定铁磁体3的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体4的环向磁路气隙在垂直于轴线平面的投影不重叠。作为优选，固定铁磁体3的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体4的环向磁路气隙在垂直于轴线平面的投影轴对称。

需要说明的是，本发明实施例中的阴极电极和阳极电极可以互换，同样可以实现本发明技术方案，即阳极电极的一端连接导电杆，所述引弧杆侧面与阳极电极滑动接触，引弧杆的一端连接滑动铁磁体、所述引弧杆另一端指向阴极电极。

本发明技术方案通过引弧杆通电时产生的电流使相对的两铁磁体产生吸引力进而带动引弧杆分断阴极和阳极产生电弧完成引弧，引弧方法和结构设计简单，无需复杂的电路控制；同时，在出现断弧故障时，引弧杆自动复位接通阴极和阳极，之后在断开完成断弧后的自动引弧；本发明技术方案的电弧等离子体炬引弧装置，采用机械短路引弧，引弧间隙距离大、无高电压问题，且不会产生熔丝残留污染。

实施例2

如图3a、图3b、图3c所示，本发明实施例与实施例1中固定铁磁体3和滑动铁磁体4的配合方式不同，本发明实施例中，所述固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4之间吸合面外边缘位于对应铁磁体本体的端面，形成分设于轴线两侧的两对吸合面，两对吸合面均为平面。即固定铁磁体3上的两个吸合面301的外边缘位于固定铁磁体的两端面，即滑动铁磁体4上的两个吸合面401的外边缘位于滑动铁磁体的两端面，固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4可看作由空心圆柱过两底面斜切形成，本发明实施例中，固定铁磁体3和滑动铁磁体4的环向磁路气隙为变量，环向磁路气隙的最小值H大于固定铁磁体和滑动铁磁体吸合面之间的磁路气隙d。

实施例3

如图4a、图4b所示，本发明实施例与实施例1中固定铁磁体3和滑动铁磁体4的配合方式不同，所述固定铁磁体3和滑动铁磁体4的对应吸合面为曲面，所述吸合面有两对，所述固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4之间的两对吸合面与对应铁磁体本体侧面的交线为螺旋线，螺旋线从对应铁磁体本体的一端面开始延侧面螺旋环绕不大于半圈到达另一端面，即所述固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4之间的两对吸合面为镜像对称的两对螺旋曲面；本发明实施例中，固定铁磁体3和滑动铁磁体4的环向磁路气隙为变量，环向磁路气隙的最小值H大于固定铁磁体和滑动铁磁体吸合面之间的磁路气隙d。

实施例4

如图5a、图5b所示，本发明实施例中，所述固定铁磁体3和所述滑动铁磁体4之间有两对吸合面，其中一对吸合面为平行于轴线的平面，即固定铁磁体3的吸合面302与滑动铁磁体4的吸合面402为平行于轴线的平面，且该对吸合面之间的间隙大于等于0，当等于0时为滑动接触间隙，该对吸合面不产生轴线方向的吸引作用力；另一对吸合面与对应本体侧面的交线为螺旋线，即固定铁磁体3的吸合面301与滑动铁磁体4的吸合面401为螺旋曲面，螺旋曲面从对应铁磁体本体的一端延伸至另一端，即吸合面外边缘部分位于对应铁磁体本体的端面，固定铁磁体3的吸合面301与固定铁磁体3的本体侧面的交线为螺旋线，滑动铁磁体4的吸合面401与滑动铁磁体4的本体侧面的交线为螺旋线。本发明实施例中，如图5b所示，当平行于轴线的吸合面之间的间隙大于0时，螺旋曲面对应吸合面之间的磁路气隙不大于固定铁磁体3的环向磁路气隙H2和滑动铁磁体4的环向磁路气隙H1；当平行于轴线的吸合面之间的间隙等于0时，该对吸合面之间滑动接触，固定铁磁体3和滑动铁磁体4的环向磁路气隙为各自螺旋曲面对应吸合面之间的磁路气隙。

实施例5

本发明实施例基于上述电弧等离子体炬引弧装置，提供一种引弧方法，包括如下步骤：

引弧杆初始处于接通通阴极和阳极的短路状态；

启动电弧电源为阳极电极和阴极电极供电，产生短路电流，短路电流通过导电杆中产生环绕导电杆的磁场使固定铁磁体和滑动铁磁体被磁化；

固定铁磁体和滑动铁磁体之间产生吸引力，其吸引力的轴向力驱动滑动铁磁体，带动引弧杆分断阳极电极和阴极电极，在阴极电极和阳极电极之间产生电弧；

电弧正常工作时，导电杆中的电流维持滑动铁磁体和固定铁磁体产生磁力使引弧杆维持阳极电极和阴极电极分断状态；

当出现断弧故障时，引弧杆在复位机构的作用下自动复位接通阴极电极和阳极电极，重新引弧；电弧电源停止工作时，引弧杆通过复位机构还原到接通阴极电极和阳极电极的初始状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电弧等离子体炬引弧装置，包括间隔设置的阴极电极和阳极电极、可以电联通阳极电极和阴极电极的引弧杆、所述阴极电极或阳极电极的一端连接导电杆，所述引弧杆侧面与阴极电极或阳极电极滑动接触，引弧杆的一端连接滑动铁磁体、所述引弧杆另一端指向阳极电极或阴极电极，其特征在于：所述导电杆外侧间隔套设有固定铁磁体和滑动铁磁体，所述固定铁磁体和滑动铁磁体各自存在环向磁路气隙，所述固定铁磁体与所述滑动铁磁体吸合体为不完整空心柱体，且所述空心柱体的轴线与所述导电杆轴线平行，所述固定铁磁体与所述滑动铁磁体之间吸合面的法线至少有平行于所述导电杆的轴线的分量，所述固定铁磁体和滑动铁磁体吸合面之间的磁路气隙的最大值不大于所述固定铁磁体和滑动铁磁体环向磁路气隙的最小值；所述滑动铁磁体在周向固定且轴向可移动。

2.如权利要求1所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述吸合面为平面或曲面。

3.如权利要求1所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间吸合面边缘全部位于对应铁磁体本体的侧面，所述固定铁磁体的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体的环向磁路气隙在垂直于轴线平面的投影不重叠。

4.如权利要求1所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间吸合面外边缘部分位于对应铁磁体本体的端面，形成分设于轴线两侧的两对吸合面。

5.如权利要求4所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间的两对吸合面与对应本体侧面的交线为螺旋线。

6.如权利要求4所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述固定铁磁体和所述滑动铁磁体之间两对吸合面中其中一对吸合面为平行于轴线的平面，且该对吸合面之间为滑动接触，另一对吸合面与对应本体侧面的交线为螺旋线。

7.如权利要求3所述的电弧等离子体炬引弧装置，其特征在于，所述固定铁磁体的环向磁路气隙和所述滑动铁磁体的环向磁路气隙在垂直于轴线平面上的投影轴对称。

8.一种基于权利要求1所述的电弧等离子体炬引弧装置的引弧方法，其特征在于，包括如下步骤：

引弧杆初始处于接通阴极和阳极的短路状态；

启动电弧电源为阳极电极和阴极电极供电，产生短路电流，短路电流通过导电杆中产生环绕导电杆的磁场使固定铁磁体和滑动铁磁体被磁化；

固定铁磁体和滑动铁磁体之间产生吸引力，其吸引力的轴向力驱动滑动铁磁体，带动引弧杆分断阳极电极和阴极电极，在阴极电极和阳极电极之间产生电弧；

电弧正常工作时，导电杆中的电流维持滑动铁磁体和固定铁磁体产生磁力使引弧杆维持阳极电极和阴极电极分断状态；

当出现断弧故障时，引弧杆在复位机构的作用下自动复位接通阴极电极和阳极电极，重新引弧；电弧电源停止工作时，引弧杆通过复位机构还原到接通阴极电极和阳极电极的初始状态。

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