JP2796191B2 - 交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置 - Google Patents
交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置Info
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- JP2796191B2 JP2796191B2 JP2325959A JP32595990A JP2796191B2 JP 2796191 B2 JP2796191 B2 JP 2796191B2 JP 2325959 A JP2325959 A JP 2325959A JP 32595990 A JP32595990 A JP 32595990A JP 2796191 B2 JP2796191 B2 JP 2796191B2
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- current zero
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、交流プラズマトーチに関する。更に詳述す
ると、本発明は交流プラズマトーチの電流零点維持の方
法及びその装置に関する。
ると、本発明は交流プラズマトーチの電流零点維持の方
法及びその装置に関する。
（従来の技術） 交流プラズマトーチとして一般的なクルップ（Krnp
b）社の交流プラズマトーチは、以下の２種類の方法の
いずれか一方を用いて電流零点を維持している。
b）社の交流プラズマトーチは、以下の２種類の方法の
いずれか一方を用いて電流零点を維持している。
電源を含めた交流電流の回路内にインダクタンスを直
列に挿入して電源の誘導性を高め、電流零点における電
流電圧を高め、電極間電圧と電流の位相をずらして電流
零点での電極間電圧を発生させて半波の電流が流れ易く
している。
列に挿入して電源の誘導性を高め、電流零点における電
流電圧を高め、電極間電圧と電流の位相をずらして電流
零点での電極間電圧を発生させて半波の電流が流れ易く
している。
商用周波数電流を一旦整流しサイリスタ制御によるス
イッチングにより方形波交流とし、零点における電流の
時間変化率（di/dt）を大きくすることにより、零点を
瞬時に通過することにより、零点を維持するようにして
いる。
イッチングにより方形波交流とし、零点における電流の
時間変化率（di/dt）を大きくすることにより、零点を
瞬時に通過することにより、零点を維持するようにして
いる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これら従来の交流プラズマトーチの電
流零点維持方式は、いずれも電源部の改良以外の方法に
よる電流零点維持の点について配慮がされておらず、以
下に示すように電源部の複雑化とコスト増加を招く問題
がある。
流零点維持方式は、いずれも電源部の改良以外の方法に
よる電流零点維持の点について配慮がされておらず、以
下に示すように電源部の複雑化とコスト増加を招く問題
がある。
即ち、電流電圧の昇圧を行うと、電源に大容量の変圧
器を使用することとなり、設備コストの増大に加えて設
備の大型化を招く。
器を使用することとなり、設備コストの増大に加えて設
備の大型化を招く。
また、電流の時間変化率を高めるためにサイリスタを
用いた電源を使用すると、電源部のコストが直流プラズ
マトーチの場合と同程度に増加する。更に、電源部での
エネルギー損失が増加する。
用いた電源を使用すると、電源部のコストが直流プラズ
マトーチの場合と同程度に増加する。更に、電源部での
エネルギー損失が増加する。
本発明は電源部をできる限り単純で小型にし、なおか
つ電流零点の維持を確実にする交流プラズマトーチの電
流零点維持方法及び装置を提供することを目的とする。
つ電流零点の維持を確実にする交流プラズマトーチの電
流零点維持方法及び装置を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の交流プラズマト
ーチの電流零点維持方法は、アークプラズマの電流零点
ではプラズマ作動ガスの流量を低下させるようにしてい
る。
ーチの電流零点維持方法は、アークプラズマの電流零点
ではプラズマ作動ガスの流量を低下させるようにしてい
る。
また、本発明の交流プラズマトーチの電流零点維持装
置は、プラズマトーチのプラズマ作動ガス供給系におい
て、ノズルの上流側にアークプラズマの電流零点におけ
るプラズマ作動ガス流量を低下させる機構を設けるよう
にしている。
置は、プラズマトーチのプラズマ作動ガス供給系におい
て、ノズルの上流側にアークプラズマの電流零点におけ
るプラズマ作動ガス流量を低下させる機構を設けるよう
にしている。
（作用） したがって、プラズマトーチの電源電流が零点に近づ
くに連れ、ガス流量制御機構によってノズルに流れ込む
プラズマ作動ガスの流量が低減される。それによって、
電流零点前後のプラズマは作動ガスにより冷却あるいは
散逸されることが少なくなり、アーク放電が維持される
に十分な導電率を保つ。
くに連れ、ガス流量制御機構によってノズルに流れ込む
プラズマ作動ガスの流量が低減される。それによって、
電流零点前後のプラズマは作動ガスにより冷却あるいは
散逸されることが少なくなり、アーク放電が維持される
に十分な導電率を保つ。
（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本発明を応用した単相交流アークプラズマ加
熱装置の一実施例である。該図において、１はプラズマ
作動ガスを充填するガスボンベ、２はプラズマ作動ガス
の流量を制御する電磁弁、３は電磁弁２の開度を制御す
る電磁弁制御装置、４は直流アーク電源、５は交流アー
ク電源、６は棒状電極、７は絶縁物、８はノズル状電
極、９は直流アーク、10は交流アーク、11は被加熱物で
ある。
熱装置の一実施例である。該図において、１はプラズマ
作動ガスを充填するガスボンベ、２はプラズマ作動ガス
の流量を制御する電磁弁、３は電磁弁２の開度を制御す
る電磁弁制御装置、４は直流アーク電源、５は交流アー
ク電源、６は棒状電極、７は絶縁物、８はノズル状電
極、９は直流アーク、10は交流アーク、11は被加熱物で
ある。
プラズマ作動ガスの流量をアークプラズマの電流零点
において低下させる機構としては、例えば本実施例の場
合、電磁弁２とこの電磁弁２の開度を交流電源５と連動
して制御する電磁弁制御装置３より構成されている。電
磁弁２としては、例えば60Hzの電源の場合、120回／秒
の開閉操作を行い得るものであれば良く、公知の通常の
ソレノイドバルブで十分に機能する。そして、このソレ
ノイドバルブ２に電磁弁制御装置３からプラズマトーチ
の電源電流と同期する120Hzの交流電流を流せば良い。
また公知の電流零点検出装置を使用し、これから電流零
点時に毎回パルスを送ることにより、その都度ソレノイ
ドを駆動させることも可能である。
において低下させる機構としては、例えば本実施例の場
合、電磁弁２とこの電磁弁２の開度を交流電源５と連動
して制御する電磁弁制御装置３より構成されている。電
磁弁２としては、例えば60Hzの電源の場合、120回／秒
の開閉操作を行い得るものであれば良く、公知の通常の
ソレノイドバルブで十分に機能する。そして、このソレ
ノイドバルブ２に電磁弁制御装置３からプラズマトーチ
の電源電流と同期する120Hzの交流電流を流せば良い。
また公知の電流零点検出装置を使用し、これから電流零
点時に毎回パルスを送ることにより、その都度ソレノイ
ドを駆動させることも可能である。
以上のように構成されているので次のように作動す
る。まず電磁弁２を開けた状態でボンベ１より不活性ガ
スあるいは非酸化性ガス若しくは酸化性ガスを流し、電
極６とノズル８との間に直流アーク９を点弧する。次に
電極６と被加熱物11の間に交流アーク10を点弧する。そ
の後、第２図に示すように、交流アーク電流12が電流零
点14を迎える度にガス流量13が図示の如く最小値になる
ように、電磁弁制御装置３を用いて電磁弁２の開閉を行
う。ここで、作動ガスの流量は零になっても良いし、マ
イナス（逆方向の流れあるいは吸い込み）になっても良
い。要は電流零点における電極6,8間の空間の導電性が
最も高ければ良い。更に、交流アークが安定化した後、
直流電源４を調整し、直流アーク９を消弧させる。
る。まず電磁弁２を開けた状態でボンベ１より不活性ガ
スあるいは非酸化性ガス若しくは酸化性ガスを流し、電
極６とノズル８との間に直流アーク９を点弧する。次に
電極６と被加熱物11の間に交流アーク10を点弧する。そ
の後、第２図に示すように、交流アーク電流12が電流零
点14を迎える度にガス流量13が図示の如く最小値になる
ように、電磁弁制御装置３を用いて電磁弁２の開閉を行
う。ここで、作動ガスの流量は零になっても良いし、マ
イナス（逆方向の流れあるいは吸い込み）になっても良
い。要は電流零点における電極6,8間の空間の導電性が
最も高ければ良い。更に、交流アークが安定化した後、
直流電源４を調整し、直流アーク９を消弧させる。
本実施例によれば、直流アーク９を連続的に点弧させ
る必要がないので、直流電源４の簡略化の効果がある。
る必要がないので、直流電源４の簡略化の効果がある。
尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあ
るがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
本実施例ではプラズマトーチを利用した加熱について説
明しているが特にこれに限定されず溶断や溶接へ応用す
ることも可能である。また、プラズマ作動ガスの流量を
低下させる装置としては、上述の電磁弁２と電磁弁制御
装置３の組合せに特に限定されない。例えば、電磁弁２
の代わりに、モータと穴を開けた回転体を利用した電磁
ロータリ弁を用いることも可能である。また、シャント
抵抗を用いて交流アーク電源の電流を常時測定し、この
交流電流が或るしきい値を下回ったら、バルブを閉じる
よう電磁弁２を制御する論理回路を組み、リアルタイム
でバルブ・電磁弁２を制御するようにしても良い。更
に、最も簡単な方式としては、電流零点の検出を特に行
なわず、アーク電源のメインの交流電流を並列抵抗によ
り分流し、これをダイオードで整流し、電磁弁２の駆動
電流とすることも可能である。このとき、駆動電流が最
小になる時に、バルブが閉じ、最大の時にバルブが全開
になるように構成すればよい。更に本実施例では、棒状
電極とノズルを利用し、棒状電極とノズルとの間に補助
アークを着火した後、棒状電極と被加熱物との間に交流
の主アークを着火する移行型モードの交流プラズマトー
チについて主に説明したが、特にこれに限定されるもの
ではなく、アークが棒状電極とノズルとの間でのみ点火
させる非移行型モードの交流プラズマトーチに応用する
ことも可能である。また、円筒内面電極を利用した所謂
ホロー型プラズマトーチに適用することも可能である。
このホロー型プラズマトーチは、絶縁物によって仕切ら
れた円筒の一方の電源の一方を、他方に電源の他方を接
続している。
るがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
本実施例ではプラズマトーチを利用した加熱について説
明しているが特にこれに限定されず溶断や溶接へ応用す
ることも可能である。また、プラズマ作動ガスの流量を
低下させる装置としては、上述の電磁弁２と電磁弁制御
装置３の組合せに特に限定されない。例えば、電磁弁２
の代わりに、モータと穴を開けた回転体を利用した電磁
ロータリ弁を用いることも可能である。また、シャント
抵抗を用いて交流アーク電源の電流を常時測定し、この
交流電流が或るしきい値を下回ったら、バルブを閉じる
よう電磁弁２を制御する論理回路を組み、リアルタイム
でバルブ・電磁弁２を制御するようにしても良い。更
に、最も簡単な方式としては、電流零点の検出を特に行
なわず、アーク電源のメインの交流電流を並列抵抗によ
り分流し、これをダイオードで整流し、電磁弁２の駆動
電流とすることも可能である。このとき、駆動電流が最
小になる時に、バルブが閉じ、最大の時にバルブが全開
になるように構成すればよい。更に本実施例では、棒状
電極とノズルを利用し、棒状電極とノズルとの間に補助
アークを着火した後、棒状電極と被加熱物との間に交流
の主アークを着火する移行型モードの交流プラズマトー
チについて主に説明したが、特にこれに限定されるもの
ではなく、アークが棒状電極とノズルとの間でのみ点火
させる非移行型モードの交流プラズマトーチに応用する
ことも可能である。また、円筒内面電極を利用した所謂
ホロー型プラズマトーチに適用することも可能である。
このホロー型プラズマトーチは、絶縁物によって仕切ら
れた円筒の一方の電源の一方を、他方に電源の他方を接
続している。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の交流プラズ
マトーチの電流零点維持方式は、アークプラズマの電流
零点ではプラズマ作動ガス流量を低下させるようにした
ので、電流零点前後のプラズマは作動ガスにより冷却あ
るいは散逸されることが少なくなり、アーク放電が維持
されるに十分な導電率を保つ。このため、電流零点にお
ける電極近傍のプラズマの導電率の低下を抑制でき安定
にアークを維持できる。
マトーチの電流零点維持方式は、アークプラズマの電流
零点ではプラズマ作動ガス流量を低下させるようにした
ので、電流零点前後のプラズマは作動ガスにより冷却あ
るいは散逸されることが少なくなり、アーク放電が維持
されるに十分な導電率を保つ。このため、電流零点にお
ける電極近傍のプラズマの導電率の低下を抑制でき安定
にアークを維持できる。
しかも、本発明によれば、プラズマ作動ガスの流量を
制御することによってプラズマの導電率の低下を防いで
いるので、交流アーク電流の波形の調整を不要にでき、
電源設備コストを低減することができる。また、他の電
流零点維持方式と併用すれば零点維持の信頼性を高める
効果がある。
制御することによってプラズマの導電率の低下を防いで
いるので、交流アーク電流の波形の調整を不要にでき、
電源設備コストを低減することができる。また、他の電
流零点維持方式と併用すれば零点維持の信頼性を高める
効果がある。
また、従来のプラズマトーチの電流零点維持方式たる
電源電圧昇圧法に比較して設備が小型で経済的である
し、電流波形調整法よりも機構が単純である。
電源電圧昇圧法に比較して設備が小型で経済的である
し、電流波形調整法よりも機構が単純である。
第１図は本発明の一実施例の単相交流アークプラズマ加
熱装置の構成例を示す原理図である。 第２図は本発明の電流とガス流量の関係説明するグラフ
である。 2,3……プラズマ作動ガス流量を低下させる機構を構成
する電磁弁と電磁弁制御装置、５……交流アーク電源、
６……電極、８……ノズル。
熱装置の構成例を示す原理図である。 第２図は本発明の電流とガス流量の関係説明するグラフ
である。 2,3……プラズマ作動ガス流量を低下させる機構を構成
する電磁弁と電磁弁制御装置、５……交流アーク電源、
６……電極、８……ノズル。
Claims (2)
- 【請求項１】アークプラズマの電流零点ではプラズマ作
動ガスの流量を低下させることを特徴とする交流プラズ
マトーチの電流零点維持方法。 - 【請求項２】プラズマトーチのプラズマ作動ガス供給系
に、アークプラズマの電流零点におけるプラズマ作動ガ
ス流量を低下させる機構を設けたことを特徴とする交流
プラズマトーチの電流零点維持装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2325959A JP2796191B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2325959A JP2796191B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04197583A JPH04197583A (ja) | 1992-07-17 |
| JP2796191B2 true JP2796191B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=18182511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2325959A Expired - Lifetime JP2796191B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2796191B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2325959A patent/JP2796191B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04197583A (ja) | 1992-07-17 |
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