離子滲氮電源中的滅弧措施

圖3晶閘管旁路滅弧原理圖

33LC振蕩滅弧

LC振蕩滅弧的電路如圖1所示[4]。電容器在正常工作時(shí)有幾百伏的電壓，當發(fā)生弧光放電時(shí)，陰陽(yáng)極電壓突然由幾百伏降至幾十伏，此時(shí)電容C經(jīng)線(xiàn)圈L和陰陽(yáng)極放電。這時(shí)，L、C和陰陽(yáng)極間的導電氣體組成L、C、r串聯(lián)振蕩電路，并以其自然振蕩頻率f0=進(jìn)行振蕩。在開(kāi)始振蕩的第一個(gè)周期，當電容上的電壓UC成為反向電壓且電流也變?yōu)榱銜r(shí)，弧光即可熄滅。這時(shí)電容已被反向充電至幾百伏，但隨即電源經(jīng)限流電阻R向電容充電，使電容上的電壓由反向又逐漸變成正向而且達到了點(diǎn)燃電壓，輝光就重新產(chǎn)生。振蕩過(guò)程電壓電流波形如圖2所示。如果此時(shí)使輝光放電過(guò)渡到弧光放電的因素已消失，就得到穩定的輝光放電。如果過(guò)渡到弧光放電的因素仍然存在，則電容再次放電滅弧。

上述電路是利用振蕩電流過(guò)零時(shí)滅弧的，因此選擇電路參數時(shí)，應保證電流能過(guò)零。根據有關(guān)推導，需滿(mǎn)足以下條件：R愍r

式中：R—限流電阻，Ω；

r—放電電路電阻，包括弧光放電時(shí)陰陽(yáng)極間等效電阻，電感L的電阻以及導線(xiàn)電阻的總和（一般很小，約為01Ω左右），Ω；

L—滅弧電感線(xiàn)圈的電感量，H；

C—滅弧電容的容量，F。

滅弧時(shí)間為振蕩的半個(gè)周期，其值為（通常在100μs數量級）τ=π

滅弧后重新產(chǎn)生輝光放電的時(shí)間，是電源經(jīng)限流電阻使電容由弧光熄滅至正向電壓建立，并達到點(diǎn)燃電壓所需的時(shí)間，因此，重新產(chǎn)生輝光的時(shí)間（通常在1000μs數量級）

τ′≈2RC

LC滅弧電路在正常輝光放電時(shí)幾乎沒(méi)有能量損失，而且反應比較靈敏。但是在電弧放電的瞬間電流仍可達到很大，這無(wú)論對工作還是對電源均不利，特別是在連續弧光情況下，電源就處于長(cháng)期過(guò)載狀態(tài)，因此采用LC滅弧必須對電源另加保護。

34晶閘管旁路滅弧

較大功率（100kW以上）的離子滲氮設備通常采用晶閘管旁路滅弧，其電路如圖3所示。電路的陰陽(yáng)極間并聯(lián)了一個(gè)晶閘管V，在輝光放電過(guò)渡到弧光放電前，電源對電容器C1經(jīng)電阻R1充電到電源電壓，當弧光放電時(shí)，陰陽(yáng)極間電壓突然下降，電容C1放電，脈沖變壓器TM原、副邊中產(chǎn)生脈沖電流，使V觸發(fā)導通，陰陽(yáng)極間短路，因此弧光熄滅。此時(shí)LC構成振蕩回路，當流過(guò)V的放電電流為零時(shí)（電壓已反向），V即自動(dòng)關(guān)斷。電源經(jīng)限流電阻R、濾波電感L0重新對電容器C1充電至輝光放電所需的電壓，而重新起輝。由于V的導通時(shí)間只需十幾個(gè)μs，故弧光放電只經(jīng)很短時(shí)間即被旁路，弧光放電強度大為減弱。

這種電路也有其缺點(diǎn)：在大功率情況下，很小的限流電阻會(huì )產(chǎn)生很大的功率損耗。晶閘管旁路滅弧是以陰陽(yáng)極間的電壓突然下降作為觸發(fā)信號的，起輝時(shí)，如起輝電壓較高，起輝后電壓會(huì )突然下降，造成晶閘管的誤觸發(fā)，為此，必須加一點(diǎn)燃陰極，以降低起輝電壓，點(diǎn)燃陰極自陰極引出，距陽(yáng)極2mm～3mm。

35電子開(kāi)關(guān)滅弧

在晶閘管V1旁路滅弧基礎上，于主電路中再串聯(lián)一晶閘管V2組成電子開(kāi)關(guān)高效滅弧電路，如圖4所示。當發(fā)生打弧時(shí)，立即觸發(fā)V1、V2，使電流旁路，因LC(L2－C)振蕩，反向時(shí)將V1和V2關(guān)斷。

圖4電子開(kāi)關(guān)滅弧電路