離子滲氮電源中的滅弧措施

摘要：論述了離子滲氮電源中幾種常用的滅弧方式，分別介紹了其工作原理，并對(duì)其滅弧性能作出了分析對(duì)比。
關(guān)鍵詞：離子滲氮電源滅弧

1引言

離子滲氮是利用氣體輝光放電原理，使氮離子轟擊鋼鐵表面，使其加熱，并使氮原子滲入工件表層的一種表面強(qiáng)化技術(shù)。在離子滲氮過(guò)程中，由于某種原因使輝光放電轉(zhuǎn)變?yōu)榛」夥烹?，這就會(huì)中止?jié)B氮過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)能熔燒工件表面，甚至損壞電源設(shè)備。滲氮件表面的清洗、烘燒等措施雖可減少弧光放電的次數(shù)，但在滲氮的初期階段，仍不可避免地會(huì)有弧光放電發(fā)生，故離子滲氮電源必須帶有滅弧措施，滅弧性能是離子滲氮設(shè)備的重要指標(biāo)之一[1]。

2打弧信號(hào)的檢測(cè)

正常的離子滲氮過(guò)程工作在輝光放電區(qū)，但當(dāng)打弧時(shí)，全部電流集中在某一小面積上，引起此處電流密度增加，如果電弧是集中在某一點(diǎn)上，則表現(xiàn)為極間電壓迅速下降，而電流急驟上升，電壓下降至200V左右。根據(jù)打弧時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，打弧信號(hào)可由以下參數(shù)進(jìn)行判斷[2]：

（1）電流上限信號(hào)；

（2）電流上升微分信號(hào)di/dt；

（3）電壓下限信號(hào)；

（4）電壓下降微分信號(hào)dv/dt。

實(shí)驗(yàn)表明，電壓的下降是迅速的，它超前于電流最大值到來(lái)的時(shí)間，此時(shí)間差約為1ms～1.5ms。通常多種檢測(cè)方式同時(shí)采用。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)弧時(shí)，電壓降低、電流上升的幅度均不大，電壓微分與電流信號(hào)不易取出，一般用斯密特觸發(fā)器取電壓下限信號(hào)進(jìn)行滅弧。

3幾種常用滅弧方法的原理及特點(diǎn)

31串聯(lián)大阻值電阻

在滲氮電源的陰陽(yáng)極電路中串聯(lián)大阻值電阻，當(dāng)發(fā)生打弧時(shí)，電流猛增，在電阻上產(chǎn)生很大的電壓降，從而使正負(fù)極間電壓低于點(diǎn)燃電壓，使電弧不能維持，同時(shí)也限制了電弧電流不至于過(guò)大。這對(duì)于中小功率是可行的，但是對(duì)于大功率設(shè)備在串聯(lián)電阻上的功耗太大，所以大功率設(shè)備的滅弧不能只靠串聯(lián)電阻[3]。為了減少在穩(wěn)輝電阻上的功耗，將其改為可變的，即剛剛起輝時(shí)，打弧頻繁，可串聯(lián)大電阻，待輝光放電穩(wěn)定后，將電阻減小，以得到較大的電流。即使這樣，對(duì)額定電流超過(guò)10A的設(shè)備在生產(chǎn)中應(yīng)用還有一定的困難。

32電流截止負(fù)反饋滅弧

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，固定某一值的電流截止負(fù)反饋并不是滅弧，因?yàn)樵诖蠊β试O(shè)備中，電流截止值往往在幾十安培以上，這樣大的電流已經(jīng)足以維持穩(wěn)定的電弧放電，而不會(huì)自動(dòng)熄滅。當(dāng)電流達(dá)到一定上限后，控制電路關(guān)閉觸發(fā)脈沖并維持一定的時(shí)間，待弧源消除后，又重新開(kāi)通。由于晶閘管觸發(fā)后必須等電壓換相時(shí)才能關(guān)斷，因此在半周期內(nèi)電流值可能達(dá)到很大，這種滅弧方法的滅弧時(shí)間約為10ms。由于一般電源都有一定的過(guò)載能力，故對(duì)保護(hù)電源是有效的，所以采用晶閘管電源時(shí)，這種限流方法是必不可少的。采用截止值隨工作電流可調(diào)的方法，可使反應(yīng)時(shí)間提前，并減少弧光放電電流。如果采用電流微分負(fù)反饋，對(duì)電流的變化進(jìn)行超前控制，可明顯地增強(qiáng)輝光放電的穩(wěn)定性。

圖1LC振蕩滅弧電路

圖2LC振蕩滅弧波形