离子渗氮电源中的灭弧措施
5页1、离子渗氮电源中的灭弧措施1引言 离子渗氮是利用气体辉光放电原理,使氮离子轰击钢铁表面,使其加热,并使氮原子渗入工件表层的一种表面强化技术。在离子渗氮过程中,由于某种原因使辉光放电转变为弧光放电,这就会中止渗氮过程,严重时能熔烧工件表面,甚至损坏电源设备。渗氮件表面的清洗、烘烧等措施虽可减少弧光放电的次数,但在渗氮的初期阶段,仍不可避免地会有弧光放电发生,故离子渗氮电源必须带有灭弧措施,灭弧性能是离子渗氮设备的重要指标之一1。 2打弧信号的检测 正常的离子渗氮过程工作在辉光放电区,但当打弧时,全部电流集中在某一小面积上,引起此处电流密度增加,如果电弧是集中在某一点上,则表现为极间电压迅速下降,而电流急骤上升,电压下降至200V左右。根据打弧时发生的现象,打弧信号可由以下参数进行判断2: (1)电流上限信号; (2)电流上升微分信号di/dt; (3)电压下限信号; (4)电压下降微分信号dv/dt。 实验表明,电压的下降是迅速的,它超前于电流最大值到来的时间,此时间差约为1ms1.5ms。通常多种检测方式同时采用。当发生转弧时,电压降低、电流上升的幅度均不大,电压微分与电流信号不易取出,
2、一般用斯密特触发器取电压下限信号进行灭弧。 3几种常用灭弧方法的原理及特点 31串联大阻值电阻 在渗氮电源的阴阳极电路中串联大阻值电阻,当发生打弧时,电流猛增,在电阻上产生很大的电压降,从而使正负极间电压低于点燃电压,使电弧不能维持,同时也限制了电弧电流不至于过大。这对于中小功率是可行的,但是对于大功率设备在串联电阻上的功耗太大,所以大功率设备的灭弧不能只靠串联电阻3。为了减少在稳辉电阻上的功耗,将其改为可变的,即刚刚起辉时,打弧频繁,可串联大电阻,待辉光放电稳定后,将电阻减小,以得到较大的电流。即使这样,对额定电流超过10A的设备在生产中应用还有一定的困难。 32电流截止负反馈灭弧严格说来,固定某一值的电流截止负反馈并不是灭弧,因为在大功率设备中,电流截止值往往在几十安培以上,这样大的电流已经足以维持稳定的电弧放电,而不会自动熄灭。当电流达到一定上限后,控制电路关闭触发脉冲并维持一定的时间,待弧源消除后,又重新开通。由于晶闸管触发后必须等电压换相时才能关断,因此在半周期内电流值可能达到很大,这种灭弧方法的灭弧时间约为10ms。由于一般电源都有一定的过载能力,故对保护电源是有效的,所以
3、采用晶闸管电源时,这种限流方法是必不可少的。采用截止值随工作电流可调的方法,可使反应时间提前,并减少弧光放电电流。如果采用电流微分负反馈,对电流的变化进行超前控制,可明显地增强辉光放电的稳定性。 图1LC振荡灭弧电路图2LC振荡灭弧波形 图3晶闸管旁路灭弧原理图 33LC振荡灭弧 LC振荡灭弧的电路如图1所示4。电容器在正常工作时有几百伏的电压,当发生弧光放电时,阴阳极电压突然由几百伏降至几十伏,此时电容C经线圈L和阴阳极放电。这时,L、C和阴阳极间的导电气体组成L、C、r串联振荡电路,并以其自然振荡频率f0=进行振荡。在开始振荡的第一个周期,当电容上的电压UC成为反向电压且电流也变为零时,弧光即可熄灭。这时电容已被反向充电至几百伏,但随即电源经限流电阻R向电容充电,使电容上的电压由反向又逐渐变成正向而且达到了点燃电压,辉光就重新产生。振荡过程电压电流波形如图2所示。如果此时使辉光放电过渡到弧光放电的因素已消失,就得到稳定的辉光放电。如果过渡到弧光放电的因素仍然存在,则电容再次放电灭弧。 上述电路是利用振荡电流过零时灭弧的,因此选择电路参数时,应保证电流能过零。根据有关推导,需满足以下
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