專利名稱:熔化極脈沖氣體保護(hù)焊接自適應(yīng)控制技術(shù)的制作方法
本發(fā)明涉及一種電暈放電避雷針在歐洲公開的書EP-A-0,060,756描述了這種類型的避雷針，它包括一個(gè)與地絕緣的尖頭，其尖頭的底面通過放電裝置與地相連接。該尖頭還與直流正電壓發(fā)生器相連接，以產(chǎn)生一個(gè)足夠高的電壓，使在尖頭末端的周圍大氣電離(電暈放電)。
用這種方法在尖頭的末端處形成電離的空氣等離子區(qū)域，它具有比周圍空氣高得多的電導(dǎo)性，促使向避雷針進(jìn)行快速放電，因此提高了它的效率和作用半徑。
但是，在避雷針尖頭附近的導(dǎo)電性的增加具有局部減低電場的作用，因此它抑止了已升高到正電位的尖頭的電暈放電的刷形放電特性的形成，而刷形放電可以構(gòu)成一個(gè)改善避雷針的效率的合適的電極。
此外，上面描述的裝置只能在具有帶負(fù)電荷的(負(fù)型雷)的情況下工作，在歐洲國家90％是相應(yīng)于這種情況的，假如不計(jì)及山區(qū)，還能更多些。
本發(fā)明的避雷針減輕了上述的缺點(diǎn)，因?yàn)樵谶@種避雷針中電暈放電不是連續(xù)產(chǎn)生而是斷續(xù)產(chǎn)生的，因此，每次放電，在尖頭附近前次的放電的殘余電荷量可以忽略。根據(jù)需要，施加的電位可以是兩種極性中的任何一種。
更確切地說，本發(fā)明提供了一種電暈放電避雷針，它包括一個(gè)與地絕緣的尖頭，該尖頭的底面通過放電裝置與地面相連，該避雷針適用于電離該尖頭末端的周圍大氣。該避雷針還包括適于周期性地減小該尖頭的電位值，減至小于維持其電暈放電的電位值，因此就產(chǎn)生了周期性的和斷續(xù)的電暈放電脈沖。
于是，當(dāng)在避雷針上施加一電波或一串電波時(shí)，就產(chǎn)生了電流脈沖，此電流脈沖很快就消滅了，因?yàn)椋忸^的電位返回到臨界值以下，不足以維持其放電。在如此短時(shí)期內(nèi)的瞬變現(xiàn)象可以發(fā)出最大的瞬時(shí)電流，并且產(chǎn)生了其它的有利現(xiàn)象(“流光”(Streamers)，點(diǎn)火一電子(Seed-electtrons)，確保了避雷針的最大效率。
一個(gè)有利之處是，斷續(xù)放電的脈沖重復(fù)頻率不小于20HZ。
在這樣的情況下，已經(jīng)觀測到由帶正電的尖頭產(chǎn)生的第n次刷形放電與第(n-1)次在通過空氣時(shí)的放電遵循同樣的路線。并且這種“信道記憶”現(xiàn)象隨著脈沖重復(fù)頻率的增加而增加。對這種瞬變現(xiàn)象已有人進(jìn)行了研究，特別是，E·伯杰(E·Berger)的論文，名為“在正的點(diǎn)一面間隙中，放電對后續(xù)放電形成的影響”(第二屆關(guān)于氣體放電的國際會(huì)議，電子工程師學(xué)會(huì)出版，90期，倫敦，1972年)和“在大氣中，電暈放電對后續(xù)放電的影響”(第三屆關(guān)于氣體放電的國際會(huì)議，電子工程師學(xué)會(huì)出版，118期，倫敦·1974年)；以及G·哈特曼(G·Hartmann)和I·加利姆伯蒂(I·Gallimberti)的論文，名為“亞穩(wěn)定分子對流光進(jìn)程的影響”(物理放電雜志，1975年，第670頁至680頁)。
另一有利之處是，斷續(xù)放電的脈沖重復(fù)頻率不大于2000HZ。
已經(jīng)觀測到，在頻率大于幾個(gè)KHZ時(shí)，避雷針效率的增加就降低了，并且愈來愈接近于產(chǎn)生連續(xù)電暈放電的避雷針的效率。
尖頭的電位比產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓大的時(shí)間最好不小于1微秒(μs)，并且不大于100微秒(μs)。實(shí)際上，這個(gè)值的范圍可以確保電暈放電的產(chǎn)生和減輕參數(shù)的無規(guī)波動(dòng)否則可能阻止電暈效應(yīng)出現(xiàn)。
尖頭電位的峰值最好不小于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓的110％。
使用剛高于上述的臨界電壓，則在所有情況下，放電現(xiàn)象的暫態(tài)特性增加了，因此使瞬時(shí)電流變?yōu)樽畲蟆?在下面的敘述中，一般假設(shè)上述臨界值具有相同的絕對值，而不管其是正極性或負(fù)極性。但是，如果正或負(fù)的臨界值實(shí)質(zhì)上其絕對值不同時(shí)，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣碚{(diào)整加到避雷針上的電壓，如上面說明的那樣可以把加到避雷針上的電壓看作為實(shí)際的臨界電壓的函數(shù)，而并沒有越出本發(fā)明所涉范圍)。
一種實(shí)施方案是把尖頭連接至能產(chǎn)生電流的重復(fù)波的電流發(fā)生裝置上，該重復(fù)波在尖頭的周圍大氣中進(jìn)行放電，其方式是以相同的重復(fù)頻率產(chǎn)生間歇放電。
另一種實(shí)施方案是把尖頭連接到電位發(fā)生裝置上，從而由發(fā)生裝置加到尖頭上的電位是可變的，該電位的形式是重復(fù)波或重復(fù)波列，其波的峰值(或波列，其第一個(gè)半周期與周圍大氣的極性相反的峰值)的絕對值大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界值。只有在由雷暴產(chǎn)生的環(huán)境電場所造成的自然放大存在的情況下，需要絕對峰值超過電暈放電的臨界值。
換句話說，可以這樣來配置避雷針，使由波或波列中第一個(gè)半周期(它們具有與周圍大氣相反的極性)加到尖頭上的峰值振幅電位的絕對值，總是大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的電壓臨界值。
假如用的是波列，則與云相同的反極性的所有后續(xù)半周期的峰值振幅的絕對值應(yīng)適當(dāng)小于該臨界值。
在一種特殊的實(shí)施方案中，發(fā)生裝置產(chǎn)生減幅交變波列，并且第一的兩個(gè)半周期的峰值振幅的絕對值大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界值，因此，不管周圍大氣的復(fù)雜性如何，總是產(chǎn)生電暈效應(yīng)的。
在另一種特殊裝置中，發(fā)生裝置產(chǎn)生鋸齒波或正極性的鋸齒波列，并且沒有零點(diǎn)交叉。
尤其是，在這種情況下發(fā)生裝置是由RC電路或由在尖頭和高電位的發(fā)生器之間連接的RCL型電路所構(gòu)成的，電阻R可以由尖頭和發(fā)生器之間串聯(lián)連接電阻來構(gòu)成，電容可以由避雷針的尖頭和地之間的分布電容所構(gòu)成。
電阻的存在不僅有助于避雷針尖頭的高電壓產(chǎn)生周期性的變化，而且限制了它的電流消耗，并增加了電位發(fā)生器的本身壽命。此外，由于雷擊電流通過放電器的放電，而避免受到雷擊而且這種保護(hù)作用隨著電阻的增加而增加。
另外，因?yàn)榧忸^的電位并不通過零(它只是很快的降至電暈現(xiàn)象的熄滅臨界值以下)，在放電已經(jīng)熄滅之后，剩余的電壓排放離子。這意味著避雷針工作的脈沖重復(fù)頻率可以按比例地增加。
本發(fā)明的實(shí)施方案是通過例子及參考附圖來進(jìn)行描述的。其中圖1是一個(gè)波形圖，它表明在避雷針上的電壓和電流的變化，其中，對避雷針加上交變的減幅波列形式的電位；圖2是一個(gè)波形圖，它是圖1的變型圖，它利用了由于周圍介質(zhì)所造成的自然放大；圖3是一個(gè)波形圖，它表示加在避雷針上的電位是沒有通過零點(diǎn)的鋸齒形波；圖4、5、6表示出實(shí)現(xiàn)這個(gè)發(fā)明的不同電路的方塊圖；圖7和圖8分別是特殊的實(shí)施方案的電路圖及實(shí)際的定位圖，其中，給避雷針加上按鋸齒形變化的電位。
圖1涉及一種設(shè)備，其中，給避雷針加上一種減幅交變波列形式的可變電位。
電壓和電流曲線的相應(yīng)參數(shù)如下V0＝在缺少環(huán)境電場時(shí)在避雷針上的電壓(因此，該電壓等于由發(fā)生器加到避雷針上的電位)；V1＝有放大時(shí)避雷針上的電位，此放大是在雷暴期間由環(huán)境電場產(chǎn)生的；這是應(yīng)用在云帶負(fù)電荷情況的一個(gè)例子，可以看到，正半周期是被放大的，而負(fù)半周期是被衰減的；I0＝在沒有環(huán)境電場時(shí)流經(jīng)避雷針桿的電流(因此，電流向環(huán)境大氣中放電)；可以看出，每次電壓V0的絕對值超過出現(xiàn)電暈放電的臨界值時(shí)(取13KV為例)，即出現(xiàn)按著避雷針桿的電位而產(chǎn)生的正電流或負(fù)電流的突然放電；和I1＝有由環(huán)境電場造成的放大存在時(shí)(由于本例中負(fù)電荷云引起的)的流經(jīng)避雷針桿的電流；可以看到，第一個(gè)正脈沖被放大了而應(yīng)該是負(fù)的第二個(gè)脈沖實(shí)際已經(jīng)不存在了，因?yàn)榈谝粋€(gè)負(fù)半周的峰值現(xiàn)在處于電壓臨界值之下。
波列組在0.5ms到50ms間的時(shí)間間隔T中重復(fù)出現(xiàn)，即相當(dāng)處于20HZ到2000HZ之間的重復(fù)頻率。
第一個(gè)正半周和第一個(gè)負(fù)半周的峰值是這樣選取的在沒有任何環(huán)境電場存在時(shí)，這些峰值小量地超過產(chǎn)生放電的臨界電壓，而波列中的另外一些半周的幅值總是保持在該臨界值之下。于是，每個(gè)波列只能得到一個(gè)有效的電流脈沖，而當(dāng)環(huán)境電場一出現(xiàn)則第一個(gè)負(fù)脈沖(在本例中)即行消除，這里需要考慮的重要之處是保證減幅振蕩的兩個(gè)相連續(xù)脈沖之間的時(shí)間間隔T要足夠長以便聚集在避雷針周圍的電荷得以消除。
在圖1中，在峰值電壓達(dá)到約15KV的第一個(gè)正半周內(nèi)的約為5μm的期間中，避雷針的電位V1超過電暈效應(yīng)出現(xiàn)的電壓，這個(gè)很短的時(shí)間段保證了電流脈沖保持暫態(tài)特性，如上所述，該特性組成避雷針效能的一個(gè)重要因素。
圖2表示圖1的變型圖，其中在缺少環(huán)境電場時(shí)的電位V0＇于所示的前述情況(從技術(shù)角度來看這是比較容易實(shí)現(xiàn)的)，并保持在出現(xiàn)電暈效應(yīng)的臨界值之下。電位V0＇的峰值是以這樣的方式來選取的，即由于雷暴而存在環(huán)境電場，使所得到的電位V1＇超過出現(xiàn)電暈效應(yīng)的臨界值。于是，如前述那樣，可獲得電流脈沖I1＇。應(yīng)該看到，在缺少環(huán)境電場時(shí)的電流I0＇是零，因?yàn)橹挥写嬖诃h(huán)境電場時(shí)才能出現(xiàn)放電。
圖3表示可應(yīng)用于發(fā)生器產(chǎn)生還過零點(diǎn)的鋸齒形電壓時(shí)的電壓和電流曲線。選取鋸齒波的峰值(例如15KV)要稍稍大于觸發(fā)電暈效應(yīng)的電壓臨界值(在這個(gè)例子中是13KV)，如在第一個(gè)例子中那樣，來產(chǎn)生短的電流脈沖。
圖4至圖6是為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方塊圖。
在這所有的三種情況中，避雷針1都是與地絕緣的並通過放電裝置2接地，放電裝置2可以用純粹是靜態(tài)的方法來構(gòu)成(用兩片金屬片，以空氣的間隙來隔開)，或者可以用如控制開關(guān)那樣動(dòng)態(tài)的方法來構(gòu)成。
避雷針被連接到高電壓發(fā)生裝置3上，高壓發(fā)生裝置3被聯(lián)接到振蕩器4之后，隨后振蕩器4由能源5供電。
在圖4中，振蕩器4是傳統(tǒng)型的，它產(chǎn)生具有所要求的脈沖重復(fù)頻率的信號；高電壓發(fā)生器3是脈沖變壓器型的一種變壓器。電源供給裝置5可很方便地從周圍電場中提取它的能量，因而提供了一個(gè)完全自給的裝置。為了實(shí)現(xiàn)這種做法，利用一種相當(dāng)長的桿子，把它在全部浸入在一個(gè)由雷暴產(chǎn)生的強(qiáng)大的和增長很快的電場中，由此獲取電流。此電流由電源裝置5拾取和變換。
在圖5中，電源裝置5是由太陽能電池板6組成的，此太陽能電池對蓄電池6充電並通過一個(gè)雷暴檢波器7有選擇地對振蕩器4供電，阻止在沒有出現(xiàn)危險(xiǎn)的期間系統(tǒng)連續(xù)工作。
圖6相當(dāng)于一個(gè)實(shí)施方案，在這個(gè)裝置中產(chǎn)生鋸齒形電壓(相當(dāng)于圖3中的電壓和電流曲線)。其結(jié)構(gòu)與圖5是相同的，只是把圖5中的脈沖變壓器3用一個(gè)組件來代替，此組件是由一個(gè)高電壓變壓器和整流器3a構(gòu)成，其目的是為了產(chǎn)生一個(gè)直流(或至少是已整流過的)電壓，給RC電路3b供電，使RC電路3b產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波加到避雷針上。
圖7(為一等效電路圖)和圖8(表明這些元件是如何配置的)說明了圖6電路的特有的實(shí)施方案，這個(gè)實(shí)施方案值得注意的是利用了避雷針和地之間的分布電容作為RC電路的一個(gè)組成部分。
更加確切地說，在通常情況下，避雷針是由一個(gè)錐形的導(dǎo)電尖頭11和一個(gè)直流電壓發(fā)生器12組成。發(fā)生器通過導(dǎo)電電纜13將大地T和尖頭11進(jìn)行連接。導(dǎo)線13是同軸電纜的心束線，它的外層，即它的導(dǎo)電包層14與地T相連接，并且通過放電器15連接至尖頭11。例如，尖頭和放電器可以是前述的已公開的歐洲書EP-A-0,060,756中的那種類型。
依照本發(fā)明，避雷針包括一個(gè)基準(zhǔn)的高值電阻16，把此電阻用導(dǎo)線13串連在發(fā)生器12和尖頭11之間，并把它放在靠近尖頭的地方。
圖7表示等效電路，它由保護(hù)放電器A、充電電路B和放電電路C組成。
最初，尖頭11是通過數(shù)值為R的電阻16連接到電位發(fā)生器12上的，一旦在尖頭上存在的電壓超過出現(xiàn)電暈效應(yīng)的臨界值時(shí)，則這個(gè)電路就通過周圍大氣的等效阻抗Z與地形成回路。于是圍繞這個(gè)電流網(wǎng)流動(dòng)的電流就相當(dāng)于在尖頭的附近建立起的電流。
同軸電纜13、14與發(fā)生器并聯(lián)的電容量，每米電纜大約為50PF至100PF。在穩(wěn)態(tài)情況下，它對電路的工作影響很小。
放電器15等效于一個(gè)電容，該電容與串聯(lián)的可變電阻和電感相并聯(lián)。這部分電路用虛線表示，這是為了使人注意到只有在雷擊時(shí)電路才開始工作，而電路的其余部分在雷擊之前就工作，以致使閃電利用避雷針，借此盡可能有效地的增加有效作用半徑。
最后，標(biāo)記17指的是尖頭與地之間的分布電容(事實(shí)上，“地”是分布的，并且電路是以散的方式形成回路的)。雜散電容為幾個(gè)微微法，例如5PF，它可以通過改變電阻16的位置或增添一個(gè)附加電容來加以改進(jìn)。假如改進(jìn)的結(jié)果使分布電容增加，則在放電脈沖中消耗的能量也增加，而假如更改的結(jié)果使分布電容減小，則在尖頭上的電壓下降就更加快，如中止放電所需要的那樣。
當(dāng)發(fā)生器12投入工作時(shí)(手動(dòng)或自動(dòng))，由于發(fā)生器電流通過電阻R，使電容C充電；但只要沒有達(dá)到能產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界值，阻抗Z就可以看作是類似無窮大的(不存在電離的空氣流)。一旦達(dá)到臨界值，則電容量C突然向阻抗Z中放電，因此就很快地電離了在避雷針附近的空氣。
可以觀測到，沿著避雷針被感應(yīng)的電離和電流是暫短的，這是因?yàn)殡娮鑂值太大，使電流很難連續(xù)的流入阻抗Z，這正像先有的電離避雷針技術(shù)所實(shí)踐過的。這里，與此相反，在沒有馳張現(xiàn)象時(shí)，通過阻抗Z的持續(xù)電流相對于電容C的放電電流是一個(gè)很小的值。一旦放電中止，則電容17通過R再次充電，并且以周期的方式重復(fù)。
有利的是電阻R16的值是幾百個(gè)兆歐，例如400MΩ，電容C是幾個(gè)微微法，例如5PF。
在這個(gè)例子里，電路的RC時(shí)間常數(shù)為2.13-3秒，給出的脈沖頻率約為500HZ。
由發(fā)生器2產(chǎn)生的電位(對地電位)介于幾千伏和幾十千伏之間，也可能有幾百千伏之多。發(fā)生器可以和產(chǎn)生持續(xù)放電的電離避雷針?biāo)玫念愋拖嗤?br>權(quán)利要求
1.電暈放電避雷針，其特征是它包括一個(gè)與地絕緣的尖頭，該尖頭的底面通過放電器裝置與地相連，該避雷針適合于電離該尖頭末端周圍的大氣，該避雷針還包括有適合于周期性地減小該尖頭的電位值至小于維持電暈放電的電位值，并以此來產(chǎn)生周期性的和斷續(xù)的電暈放電脈沖的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的避雷針，其斷續(xù)放電的脈沖重復(fù)頻率不小于20HZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的避雷針，其斷續(xù)放電的脈沖重復(fù)頻率不大于2000HZ。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的避雷針，其尖頭的電位大于能產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓的周期不小于1微秒(μs)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的避雷針，其尖頭的電位大于能產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓的周期不大于100微秒(μs)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的避雷針，在該尖頭處的電位的峰值，不小于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓的110％。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的避雷針，其尖頭連接在能產(chǎn)生重復(fù)電流波的電流發(fā)生器上，該重復(fù)電流波對該尖頭附近的大氣進(jìn)行放電的其方式是以相同的脈沖重復(fù)頻率產(chǎn)生斷續(xù)電暈放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的避雷針其尖頭連接在電位發(fā)生裝置上，其方式是由發(fā)生裝置加到該尖頭上的電位是一種重復(fù)波或重復(fù)波列形式的可變電位，以致該波或具有與周圍大氣的極性相反的波列的第一個(gè)半周期的峰值的絕對值(隨意考慮自然放大作用，此放大作用是由于在雷暴期間環(huán)境電場的存在而發(fā)生的)大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的避雷針，不管環(huán)境電場所產(chǎn)生的自然放大，該波或與環(huán)境大氣的極性相反的該第一半周期的峰值的絕對值總是大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的避雷針，其發(fā)生裝置產(chǎn)生重復(fù)脈沖列，并且，在波列中相同極性的該第一半周期之后的，與云同極性的所有后續(xù)半周期的峰值的絕對值是小于該臨界值的。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8的避雷針，其發(fā)生裝置產(chǎn)生減幅交變波列，并且其第一的兩個(gè)半周期的峰值的絕對值大于產(chǎn)生電暈效應(yīng)的臨界電壓，因此，不管環(huán)境大氣的極性如何，能確?？偪砂l(fā)生電暈效應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的避雷針，其發(fā)生裝置產(chǎn)生鋸齒波或正極性的鋸齒波列，并且不過零點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的避雷針，其發(fā)生裝置是由連接在避雷針的尖頭和高電位發(fā)生器之間的RC或RLC型電路所組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的避雷針，其中的RC或RLC型電路的電阻R是串聯(lián)連接在尖頭和發(fā)生器之間的一個(gè)電阻，其中的電容C是由避雷針的尖頭和地之間的分布電容構(gòu)成的。
專利摘要
一種脈沖MIG/MAG焊接自適應(yīng)控制技術(shù)。脈沖階段電弧及維弧階段電弧都在相應(yīng)的恒流外特性曲線上穩(wěn)定燃燒。維弧電流切換成脈沖電流由低電壓門限值來自動(dòng)控制。脈沖電流切換成維弧電流則由脈沖時(shí)間和高電壓門限值來控制。
文檔編號G05B13/02GK85100064SQ85100064
公開日1986年7月9日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者潘際鑾, 陳武柱 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan