DE1910398A1

DE1910398A1 - Power source for operating a plasma arc

Info

Publication number: DE1910398A1
Application number: DE19691910398
Authority: DE
Inventors: Walter Kopp; Franz Tajbl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1968-04-08
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-11-13
Also published as: AT284989B; NL6904647A; CH488518A

Description

Stromquelle zum Betriben eines Plasmalichtbogens Die Erfindung betrifft eine stromquelle zum Betreiben eines Plasmalichtbogens, beispielsweise für das Plasmschweißen oder das Plasmaschneiden, welcher in einem Leitstungsstromkreis einer leistungsstromquelle liegt und mittels eines Pilotlichtbogens gezündet wird. Power Source for Operating a Plasma Arc The invention relates to a power source for operating a plasma arc, for example for plasma welding or plasma cutting, which takes place in a power circuit of a power source and is ignited by means of a pilot arc.

Die bekannten Stromquellen zum Betrieben eines Plasmalichtbogens müssen so ausgelegt sein, daß ihre Leerlufspannung audreicht, sowohl den Hauptlichtbogen als auch den Pilotlichtbogen sicher zu zünden. Um dieser Forderung zu genügen, sind die Typenleistungen der bekannten Stromquellen für Plasmlichtbögen stets größer als sie zum Betriben der Lichtbögen nach dem Zünden erforderlich wären. Bei bekannten Plasmschneidanlagen beispielsweise, die mit Stickstoff oder einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch arbeiten, beträgt die Leerlaufspannung der Stromquelle 400 Volt. Hieraus ergibt sich bei einer Auslegung der Stromquelle rur 350 Ampere beispielsweise eine Typenleistung von 140 kVA. Diese hohe Typenleistung ist jedoch zum Betreiben des Plasmaschneidlichtbogens nach dem Zünden bekanntlich nicht mehr erforderlich. Es ist demnach ein Nachteil der bekannten Stromquellen, das sie lediglich un die Zündung sicherzustellen, hinsichtlich ihrer Typenleistung größer ausgelegt sind, als dies für den eingentlichen Betrieb der Lichtbögen erforderlich ist. The well-known power sources for operating a plasma arc must be designed so that their no-load voltage is sufficient, both for the main arc as well as safely igniting the pilot arc. To meet this requirement are the type performance of the known power sources for plasma arcs always larger than they would be required to operate the arcs after ignition. at known plasma cutting systems, for example, those with nitrogen or a nitrogen-hydrogen mixture work, the open circuit voltage of the power source is 400 volts. From this it follows For example, if the power source is designed for 350 amperes, this would be a typical output of 140 kVA. However, this high type output is necessary for operating the plasma cutting arc as is well known, no longer required after ignition. So it's a disadvantage of the known power sources, which they only ensure the ignition with respect to their type performance are designed to be greater than for actual operation the arcing is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromquelle zum Betreiben eines Plasmalichtbogens zu entwickeln, deren Typenleistung auf den brennenden Plasmalichtbogen abgestimmt und mit der gleichzeitig eine sichere Zündung möglich ist. The invention is based on the object of operating a power source of a plasma arc, whose type performance is based on the burning plasma arc coordinated and with which a safe ignition is possible at the same time.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das der Pilotlichtbogen in eine. Zündstromkreis liegt, der die Leistungsstromquelle und eine Zündstromquelle, vorzugsweise mit Konstantspannungs-Charakteristik, in Reihenschaltung enthält. This object is achieved in that the pilot arc in a. Ignition circuit, which is the power current source and an ignition current source, preferably with constant voltage characteristic, connected in series.

Die Erfindung nacht demnach von der Tatsache Gebrauch, daß Plasmalichtbögen ohne Qualitätaverlust bei den mit ihnen auszuführenden Arbeiten, wie Schweißen, Schneiden oder Spritzen, mit kleineren Leistungen betrieben werden kinnen. The invention accordingly makes use of the fact that plasma light arcs without any loss of quality in the work to be carried out with them, such as welding, cutting or spraying, can be operated with lower power can.

als sie bei den bisher bekannten Stroiquellsn zur Verfügung stehe. Außerden liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß lediglich ru Zünden des Pilotlichtbogens eine verhältnismäßig große Spannung erforderlich ist, wihrend bei brennendes Pilotlichtbogen der Hauptlichbogen sohen mitwesentlich kleineren Spannungen sicher gezündet werden kann. Erfindungsgemäß wird deshalb zum Zünden des Pilotlichtbogens zur Leeerlaufspannung der Leistungstromquelle die Spannung einer Zündstromquelle, die vorzugsweise eine Konstantspannungscharakteristik aufweist, in Reihenschaltung hinzugeschaltet. Zur Zündung des hauptlichtbogens dagegen wird erfindungsgemäß nur die gegenüber den bekannten Stromquellen wesentlich erniedrigte Leerlaufspannung der Leistgungstromquelle verwendet.than it is available with the previously known Stroiquellsn. In addition, the invention is based on the knowledge that only ru ignition of the Pilot arc requires a relatively large voltage, while at Burning pilot arcs of the main arcs result in significantly lower voltages can be safely ignited. According to the invention, therefore, the pilot arc is ignited the voltage of an ignition current source for the open circuit voltage of the power source, which preferably has a constant voltage characteristic, connected in series switched on. To ignite the main arc, on the other hand, according to the invention, only the significantly lower open circuit voltage compared to the known power sources the power source used.

Auf diese Weise kann typenleitung der Leistungsstromquelle bei der erfindungsgemäßen Stromquelle um ca. 40% gegenüber den bekannten Stromquellen gesenkt werden. ohne das hierdurch die Qualität der durchzuführenden Arbeiten beeinträchtigt wird. Der außerordentliche Vorteil, der da verbunden ist, ergibt sich vor allen aus der Tatsache, daß die S rstellungskosten für solche Stromquellen in wesentlichen proportional ihrer Typenleistung sind. Bei einer Plasmaschneidanlage beispielsweise kann bei Verwendung einer Leistungsstromquelle mit einer Typenleistung von 103, 5 kVA (450 Ampere, 230 Volt) und einer Zündstromquelle mit einer Typenleistung von 10,2 kVA (60 Ampere, 170 Volt) der gesamte Leistungsaufwand um über 65 kVA gegenüber einer üblichen Stromquelle (450 Ampere, 400 Volt) gesenkt werden. Darüber hinaus ergibt sich Mit der erfindungsgemäßen Stromquelle auch eine Herabsetzung der Stromkosten, da beim Zünden lediglich etwa 60 ß und beim Schneiden etwa 35 % der sonst üblichen Leistung benötigt werden. In this way, the type line of the power current source at the Current source according to the invention reduced by about 40% compared to the known current sources will. without affecting the quality of the work to be carried out will. The extraordinary advantage that is connected arises above all from the fact that the production costs for such power sources are substantial are proportional to their type power. In the case of a plasma cutting system, for example can when using a power source with a type performance of 103.5 kVA (450 amps, 230 volts) and an ignition current source with a type rating of 10.2 kVA (60 amps, 170 volts) compared to the total power consumption by over 65 kVA a common power source (450 amps, 400 volts). Furthermore With the power source according to the invention there is also a reduction in electricity costs, because when igniting only about 60 ß and when cutting about 35% of the usual Performance are needed.

Da sowohl die Leerlaufspannung der Leitstungsstromquelle, die zum Zünden des Hauptlichbogene erforderlich ist, als auch die maximale Stromstärke zum Betreiben des hauptlichtbogens vorgegeben ist, wird erfindungsgemäß die Zündstromquelle so ausgelegt, daß ihre Spannung zusammen mit der Leerlaufspannung der Leistungsstromquelle mindestene glich der zur Zündung des Pilotlichtbogens notwendigen Spannung ist. Nach erfolgter Zündung des Pilotlichtbogens und der darauf folgenden Zündung des Hauptlichtbogens mit Hilfe des Pilotlichtbogens, zu der die Leerlaufspannung der leitstungsstromquelle ausreicht, wird die Zündstromquelle nicht mehr benUtigt. Sie wird deshalb erfindungsgemäß mit Hilfe eines Stromrelais im Leistungsstromkreis abgeschaltet. PUr die Auslegung der Zündstromquelle hat es sich als günstig erwiesen, eine Leistung zwischen 3% und 20% der Leistug der Leistungsstromquelle zu wählen. Im Zündstromkreis liegt zur Begrenzung des Ztindatromes ein induktionsarmer Widerstand. Since both the open-circuit voltage of the line power source that is to the Ignition of the main arc is required, as well as the maximum amperage for the Operation of the main arc is specified, according to the invention, the ignition current source designed so that their voltage coincides with the open circuit voltage of the power source is at least equal to the voltage required to ignite the pilot arc. After ignition of the pilot arc and the subsequent ignition of the Main arc with the help of the pilot arc, to which the open circuit voltage of the If the line current source is sufficient, the ignition current source is no longer required. she is therefore according to the invention with the help of a current relay in the power circuit switched off. For the design of the ignition current source, it has proven to be beneficial to choose a power between 3% and 20% of the power of the power source. In the ignition circuit there is a low induction to limit the Ztindatromes Resistance.

Sowohl als Leistungsstromquelle als auch als ZUndstromquelle können alle hierfür geeigneten Stromquellen verwendet werden. Besonders einfach und billig ist eine Anordnung, bei der Leistungsstromquelle und Zündstromquelle jeweils aus einer Sekundärwicklung mit nachgeschaltetem Gleichrichtersatz eines gemeinsamen Transformators bestehen. Both as a power current source and as a Zundstromquelle can all suitable power sources are used. Particularly easy and cheap is an arrangement in which the power source and ignition source are each off a secondary winding with a downstream rectifier set of a common Transformer.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figure schemtaisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Further details of the invention are based on the in the Figure schematically illustrated embodiment described.

In dieser Figur ist 1 eine Leistungsstromquelle mit vorzugsweise fallender Charakteristik, die Uber die Elektrodenleitung 2 und die Werkstückleitung 3 mit der elektrode 4 und dem Werkstück 5 verbunden ist. In diesem Leistungsstromkreis liegt der Hauptlichtborgen 7 des Plasmabrnners 6. Der nlotlichtbogen 8 liegt in einem Zündstromkreis, der die Leistungsstromquelle,1, eine Zündstromquelle 9, die in Reihe mit der Leistungsstromquelle 1 geschaltet ist (Additionsschaltung), und die Elektrodenleitung 2 enthält. Im Zündstromkreis liegt weiterhin ein induktionsarmer Strombegrenzungswiderstand 10 und der Schalter 11, Der Schalter 11 wird, ebenso wie die Schalter 12 und 13, durch ein im Leistungsstromkreis liegendes Stromrelais 14 bei Auftreten eines Stromes geöffnet. Gegebenenfalls kann die Ztindun noch durch ein Inpula- oder Hochfrequenzzündgerät 15 verbessert werden. In this figure, 1 is a power source with preferably falling characteristic, the over the electrode lead 2 and the workpiece lead 3 is connected to the electrode 4 and the workpiece 5. In this power circuit is the main arc 7 of the plasma torch 6. The soldering arc 8 is in an ignition circuit, which the power current source, 1, an ignition current source 9, the is connected in series with the power current source 1 (addition circuit), and the electrode line 2 contains. There is still a low-induction circuit in the ignition circuit Current limiting resistor 10 and switch 11, switch 11 will, as well like switches 12 and 13, by a current relay in the power circuit 14 open when a current occurs. Possibly can the Ignition can still be improved by an inpula or high-frequency ignition device 15.

Bei Inbetriebnahme der Anlage werden durch einen Hauptschalter (nicht dragestellt) die Gaszuführ zum Plasmabrenner 6, die Leistungsstromquelle 1 und die Zündstromquelle 9 eingeschaltet, wobei durch eine automatische Schaltverzögerung dafür gesorgt wird, daß im Plasmabrenner 6 die gewünschte Gasgeschwindigkeit vorliegt, bevor die Lichtbogen gezündet werden. When the system is started up, a main switch (not dragosed) the gas supply to the plasma torch 6, the power source 1 and the Ignition current source 9 switched on, with an automatic switching delay it is ensured that the desired gas velocity is present in the plasma torch 6, before the arcs are struck.

Da der Hauptlichtbogen 7 zunächst noch nicht brennt, sind die Schalter 11, 12 und 13 geschlossen. An der Elektrode 4 und dem Gehäuse des PLasmabrenners 6 liegt somit dt. zur ZUndung des Pilotlichtbogens 8 erforderliche hohe Spannung als Summe der Leerlaufspannungder Leistungsstromquelle 1 und der Spannung der Zündstromquelle 9. Nachdem Pilotlichtbogen 8 gezündet ist, zündet mit dessen Hilfe auch leicht der Hauptlichtbogen 7.Since the main arc 7 is not yet burning, the switches are 11, 12 and 13 closed. At the electrode 4 and the housing of the plasma torch 6 is therefore in English. The high voltage required to ignite the pilot arc 8 as the sum of the open circuit voltage of the power current source 1 and the voltage of the ignition current source 9. After the pilot arc 8 is ignited, it also ignites easily with its help Main arc 7.

Durch den nun auftretenden Strom im Leistungsstromkreis werden die Schalter 11, 12 und 13 geöffnet und rollt die Zündstromquelle 9 ausgeschaltet.Due to the current occurring in the power circuit, the Switches 11, 12 and 13 open and the ignition current source 9 rolls off.

Aus der Beschreibung des ZUndvorganges geht hervor, daß der Pilotlichtbogen 8 bei der erfindungsgemäßen Stromquelle während des eigentlichen Betriebes des Plasmabrenners 6 nicht brennt. Dies hat den Vorteil, daß eine unnötige Erwärmung des Plasmabrenners 6 durch den Pilotlichtbogen 8 vermieden wird. The description of the ignition process shows that the pilot arc 8 in the power source according to the invention during the actual operation of the plasma torch 6 does not burn. This has the advantage that the plasma torch is heated up unnecessarily 6 is avoided by the pilot arc 8.

Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromquelle hat die Leistungsstromquelle 1 eien Leerlaufspannung von 230 Volt und die Zündstromquelle 9 eine Spannung von 170 Volt, so daß für die Zündung des Pilotlichtbogens 8 eine Spannung von 400 Volt zur Verfügung steht. In a tried and tested embodiment of the current source according to the invention the power current source 1 has an open circuit voltage of 230 volts and the ignition current source 9 a voltage of 170 volts, so that for the ignition of the pilot arc 8 a Voltage of 400 volts is available.

Durch den Strombegrenzungswiderstand 10 wird der Strom im Zündstromkreis auf 20 bis 60 Ampere begrenzt. Diese trostärke genügt zur Vorionisation des Gases im Plasmabrenner 6 und damit zur Zündung des Hauptlichtbogens 7 mit der kleineren Leerlaufspannung der Lesitungsstromquelle von 230 Volt.The current in the ignition circuit is controlled by the current limiting resistor 10 limited to 20 to 60 amps. This troy strength is sufficient to pre-ionize the gas in the plasma torch 6 and thus to ignite the main arc 7 with the smaller one Open circuit voltage of the line power source of 230 volts.

6 Patentansprüche6 claims

Claims

Claims 1. Power source for operating a plasma arc, for example for plasma welding or plasma cutting, which in a .. Power circuit of a power source and by means of a pilot arc is ignited, characterized in that the pilot arc (8) is in an ignition circuit which is the power current source (1) and an ignition current source (9), preferably with constant voltage characteristics, connected in series.

2. Power source according to claim 1, characterized in that the sum from the open circuit voltage of the power current source (1) and the voltage of the ignition current source (9) At least equal to the voltage required to ignite the pilot arc (8) is.

3. Power source according to claim 1 or 2, characterized in that in the power circuit rin current relay (14), whose switch (11) is part of the Ignition circuit is.

4. Power source according to one of claims 1 to 3, characterized in that that there is a low-inductance current limiting resistor (10) in the ignition circuit.

5. Power source according to one or more of claims 1 to 4 thereby characterized in that the power of the ignition current source (9) is between 3% and 20% of the Power of the line power source (1) is.

6. Power source according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that the power current source and ignition current source each come from a secondary effect with a downstream rectifier set of a common transformer.

L e r s e i t e