一种等离子体电弧的引弧装置及方法与流程

本发明涉及等离子体电弧发生技术领域，更具体地，涉及一种对系统绝缘有较高要求的等离子体电弧的引弧装置及方法。

背景技术：

随着等离子体技术应用领域的不断拓宽，对等离子体运行的稳定性要求越来越高，其中提高等离子体引弧的成功率尤为重要。现有等离子电弧的引弧技术都是采用电网单相交流供电，经平波电抗器、隔离变压器、引弧柜、等离子体发生器阴极和等离子体发生器阳极等实现引弧(例如可参考中国发明专利cn201721369713，cn201820548927)。

上述现有技术中，由于电弧和引弧的能量都是由电网供电，电弧和引弧的装置与电网的电气隔离都是采用变压器隔离，此种隔离方法会由于装置分布电容的影响，不可能做到电气的完全隔离。并且，在电弧应用中引弧电极(阴极或阳极)和大地的绝缘降低会影响引弧高压的稳定性，进而影响引弧的成功率。如：导电粉末生产中，金属粉末会沾附在电极附近，导致引弧电极间或引弧电极与大地之间的绝缘电阻降低，使得引弧成功率大幅降低。

因此，需要提供一种引弧能量与电网完全隔离的技术，在引弧电极或引弧电极与大地的绝缘降低情况下，也能产生稳定的高压，提高引弧成功率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种等离子体电弧的引弧装置及方法，实现引燃等离子体电弧时引弧成功率高、适应性强、方便易用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种等离子体电弧的引弧装置，设于等离子体电源柜外部，所述引弧装置包括：依次相连的内部电源模块、交直流变换模块、升压模块和脉冲发生模块，以及与所述交直流变换模块、升压模块和脉冲发生模块分别连接的内置光收发模块，所述内置光收发模块还与所述等离子体电源柜相连；其中，所述内部电源模块为所述引弧装置提供电力，当需要引弧时，所述等离子体电源柜发出引弧信号给所述内置光收发模块，由所述内部电源模块产生的直流信号，在所述内置光收发模块的指令下，依次经所述交直流变换模块转换成交流信号，经所述升压模块转换成高压信号，再经所述脉冲发生模块转换成引弧所需要的高频脉冲高压信号后，输出至等离子体炬的引弧电极完成引弧。

进一步地，所述内置光收发模块与所述交直流变换模块、升压模块和脉冲发生模块之间采用通讯信号线相连接。

进一步地，所述内置光收发模块通过设于所述引弧装置外部的外置光收发模块连接所述等离子体电源柜。

进一步地，所述外置光收发模块设于所述等离子体电源柜的内部或外部。

进一步地，所述外置光收发模块与所述等离子体电源柜之间采用通讯信号线相连接，所述外置光收发模块与所述内置光收发模块之间采用无线通讯方式相连接。

进一步地，所述内部电源模块为蓄电池。

进一步地，所述蓄电池通过充电接口与外部电源相连进行充电。

进一步地，所述蓄电池在引弧时与外部电源断开连接。

进一步地，所述脉冲发生模块通过高压输出端口与等离子体炬的引弧电极连接。

本发明还提供了一种等离子体电弧的引弧方法，使用上述的等离子体电弧的引弧装置，包括：

通过外部电源给内部电源模块充电；

充电完成后，断开所述内部电源模块与外部电源的连接，保证与电网完全隔离；

在需要引弧时，首先通过外置光收发模块以无线通讯方式，发出引弧高压准备信号给内置光收发模块，内置光收发模块收到该信号后，发出指令给交直流变换模块和升压模块，将内部电源模块产生的直流电压信号变为交流高压信号，完成引弧高压准备；

然后，内置光收发模块再把引弧高压准备好信号反馈给外置光收发模块，外置光收发模块再将引弧高压准备好信号传递给等离子体电源柜，此时，处于引弧待命状态；

接着根据需要，等离子体电源柜发出引弧信号给外置光收发模块，外置光收发模块再将信号传输给内置光收发模块，内置光收发模块随即发出指令给脉冲发生模块，将高压信号转换成高频脉冲高压信号，并直接加到等离子体炬的阴极和引弧阳极之间，完成引弧。

本发明具有以下创新点：

(1)将等离子体引弧装置从等离子体电源柜中分离出来，并安装在等离子体炬附近，可降低等离子体电源柜和等离子体炬之间布线所引起的不利影响。如：线路间或线路与大地间分布电容对高压分流的影响。

(2)等离子体引弧装置中的电力供应系统——蓄电池，在引弧时完全与外电网隔离，保证在引弧电极间或引弧电极与大地的绝缘性变差的情况下，也能产生稳定的高压，提高引弧成功率。

(3)等离子体电源柜和引弧装置之间采用光通讯的无接触方式实现控制信号传输，从而在相互独立的等离子体引弧装置与等离子体电源柜之间建立起信息通道。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)在例如生产导电粉末的设备中，引弧成功率可由50％提高到90％以上。

(2)引弧装置对离子炬的适应性强。

(3)对等离子体电源柜和等离子体炬之间布线的要求明显降低。

(4)能够同时适用于转移弧和非转移弧等离子体炬的引弧。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的一种等离子体电弧的引弧装置结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例中应用于转移弧时的结构原理图。

图3是本发明一较佳实施例中应用于非转移弧时的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图1，图1是本发明一较佳实施例的一种等离子体电弧的引弧装置结构示意图。如图1所示，本发明的一种等离子体电弧的引弧装置7，设置在通常的等离子体电源柜6的外部，与等离子体电源柜6相互独立，并安装在等离子体炬附近。具体地，引弧装置7可包括：依次相连的内部电源模块71、交直流变换模块72、升压模块73和脉冲发生模块74，以及与交直流变换模块72、升压模块73和脉冲发生模块74分别连接的内置光收发模块76等多个功能模块。

请参考图1。内置光收发模块76与等离子体电源柜6相连。本发明的等离子体电弧的引弧装置7还可包括设置在引弧装置7外部的外置光收发模块5。内置光收发模块76可通过外置光收发模块5连接等离子体电源柜6。外置光收发模块5可设置在等离子体电源柜6的内部，也可设置在等离子体电源柜6的外部。其中，内置光收发模块76和外置光收发模块5可采用内置光收发器76和外置光收发器5来实现。

外置光收发器5的一端与等离子体电源柜6之间可通过信号线连接，实现通讯互联。内置光收发器76与外置光收发器5之间可通过光通讯方式实现无线信号的传输，从而在相互独立的等离子体引弧装置7与等离子体电源柜6之间建立起信息通道。

将等离子体引弧装置7从等离子体电源柜6中分离出来，并安装在等离子体炬附近，可降低离子电源柜6和离子炬之间布线引起的影响。如：线路间或线路与大地间分布电容对高压分流的影响。

内部电源模块71可为引弧装置7提供电力。作为一优选的实施方式，内部电源模块71可以采用蓄电池71。蓄电池71可通过充电接口70与外部电源(电网)相连进行充电，并可在充电完成后与外部电网断开连接。充电接口70可具有电量显示功能。

交直流变换模块72可以采用dc/ac变换器72；升压模块73可以采用升压器73；脉冲发生模块74可以采用脉冲发生器74。内置光收发器76与等离子体引弧装置7中的dc/ac变换器72、升压器73以及脉冲发生器74之间可分别通过信号线连接，实现通讯互联。

当需要引弧时，等离子体电源柜6发出引弧信号，通过外置光收发器5传送给内置光收发器76。由蓄电池71产生的直流信号，在内置光收发器76的指令下，依次经dc/ac变换器72、升压器73、脉冲发生器74处理后，最终变为引弧所需要的高频脉冲高压信号，并可经过与脉冲发生器74相连的高压输出端口75，与等离子体炬的引弧电极连接，从而将高频脉冲高压信号输出至等离子体炬的引弧电极，完成引弧。

蓄电池71在引弧时，即与外部电源断开连接，完全与外电网隔离，以保证在引弧电极间或引弧电极与大地的绝缘性变差的情况下，也能产生稳定的高压，提高引弧成功率。

下面将结合具体实施方式和附图，对本发明的一种等离子体电弧的引弧方法进行详细说明。

请参考图2，图2是本发明一较佳实施例中应用于转移弧时的结构原理图。如图2所示，本发明的一种等离子体电弧的引弧方法，可使用上述的等离子体电弧的引弧装置7，引弧方法可包括：

首先，外部电源通过充电接口70给蓄电池71充电。充电完成后，可手动断开蓄电池71与外部电路的连接，保证与电网完全隔离。

由于12v20ah的蓄电池71就可以引弧百次以上，且本装置7只是在引弧时工作，装置7在不工作时就可以充电，故不影响正常使用。引弧装置7平时工作在待机状态，此状态下引弧装置7只有光接收工作功能(蓄电池71满电时理论上可以待机160天)。

在需要引弧时，首先，与电源柜6连接的外置光收发器5发出“引弧高压准备”信号给引弧装置7中的内置光收发器76。内置光收发器76收到该信号后，发出指令给dc/ac变换器72、升压器73，将来自蓄电池71的直流电压变为交流高压。此时，完成引弧高压准备。

电压的数值可根据需要而定，本实施例中，以10000-30000v为佳。

然后，内置光收发器76再把“引弧高压准备好”信号反馈给外置光收发器5；外置光收发器5再将“引弧高压准备好”信号传递给电源柜6。此时，引弧装置7处于“引弧”待命状态。

接下来根据需要，电源柜6发出“引弧”信号给外置光收发器5，外置光收发器5再将信号传输给内置光收发器76。内置光收发器76随即发出指令给脉冲发生器74，将高压信号转换成高频脉冲高压信号。

脉冲频率可根据需要而定，本实施例中，以1-10mhz为佳。

高频脉冲高压信号经高频脉冲高压输出端75直接加到等离子体炬的阴极2和引弧阳极1之间，完成引弧。

请继续参考图2。引弧成功后，电源柜6自动将引弧阳极1切换到引弧后用于稳弧的阳极3上，完成弧柱的转移，即“转移弧”。

内置光收发器76如果收不到与电源柜连接的外置光收发器5发出的“引弧”信号时，将自动关闭高频高压发生和准备状态，恢复到待机状态。

请参考图3，图3是本发明一较佳实施例中应用于非转移弧时的结构原理图。如图3所示，非转移弧的原理与上述图2所示的转移弧原理基本相似，只是非转移弧时的等离子体炬装置中的阳极4既作为引弧阳极(相当于图2所示的引弧阳极1)，又作为引弧后稳弧的阳极(相当于图2所示的阳极3)。

对于整个引弧过程而言，非转移弧与转移弧基本一致，即电源柜6、引弧装置7和外置光收发器5之间的相互通讯、控制基本一致，可以参考上述对图2的说明加以理解，不再赘述。

本发明应用在例如生产导电粉末的设备中时，引弧成功率可由50％提高到90％以上。同时，本发明的引弧装置对离子炬的适应性很强，对等离子体电源柜和等离子体炬之间布线的要求可明显降低，并能够同时适用于转移弧和非转移弧等离子体炬的引弧。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。