Устройство для низкочастотной контактной сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) М51) В 23 К 11 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ П=ПЬСТВУ (21 ) 3514694/25-27 (22) 15. 10 . 82 (46) 30.11.83.Бюл. 9 44 (72) 10.П.Гуслин (71) Специальное конструкторское бюро Псковского завода тяжелого электросварочного оборудования (53) 621.791.763.037(088.8) (56) 1. Комарчев A.È., Суворова Г.А., Федоров П.Д. Серия конденсаторных машин для герметизации изделий электро. технической промышленности. Электротехника, 1982, У 5, с.. 31-33.

2. Зайчик Л.В., Орлов Б.31. Чулошников П.Л. Контактная электро сварка легких сплавов. И., Машгиз, .1963. с. 82-85(прототип). (54)(57 ) YCTPQACTBO +K НИЗКОЧАСТОТНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ, содержащее нс- точник переменного напряжения, подключенный к двум встречно включенным выпрямителям, два общих выхода которых соединены с первичной обмоткой сварочного трансформатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности. оно снабжено управляемым и полууправляемым выпрямительными мостами н емкостью, установленной в плечах их первой общей диагонали, при этом вторая общая диагональ. мостов подсоединена к общим выходам выпрямителя.

1057219

65

Изобретение относится к сварке, в частности к устройствам для низкочастотной контактной сварки,и предназначено для преобразования перемен. ного тока промышленной частоты в переменный ток пониженной частоты. 5

Известна конденсаторная сварочная машина, содержащая сварочный трансформатор, батарею конденсаторов, устройства для заряда и разряда конденсаторов 1) .

Недостаток ко денсаторной машины — большие Габариты и масса батареи конденсаторов, общая емкость которых достигает сотен тысяч микрофарад. !5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для низкочастотной сварки, содержащее источник переменного напряжения, подключенный к двум встречно включенным выпрямителям, два общих выхода которых соединены с .первичной обмоткой сварочного трансформатора $2) .

Недостатком известного устройства является низкая производительность машины, что обусловлено слабым нарастанием тока в процессе формирования сварочного импульса.

Цель изобретения - повышение про изводительности устройства. 30

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее ис» точник переменного напряжения, подключенный к двум встречно включенным выпрямителям, два общих выхода которых соединены с первичной обмоткой сварочного трансформатора, снабжено управляемым и полууправляемым выпрямительными мостами и емкостью, установленной в плечах их первой об- 40 щей диагонали, при этом вторая общая диагональ мостов подсоединена к общим выходам выпрямителя.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.2временные диаграммы, на фиг.3осциллограмма токов емкости и первичной обмотки трансформатора.

Устройство состоит иэ источника 1 переменного напряжения, подключенного к двум встречно включенным выпрямителям 2 и 3, трансформатора 4, первичная обмотка которого подключена к общему выходу выпрямителей 2 и 3„> а вторичная - к свариваемым деталям 5, встречно включенных полууправ-55 ляемого и управляемого выпрямительных мостов 6 с емкостью 7 в общей . диагонали,Полууправляемйй выпрямитель« ный мост состоит из тиристоров 8,9 и диодов 10, 11 а управляемый - иэ 60 тиристоров 12-15.

Устройство работает следующим об разом.

В момент времени 1 подаются имдульсы управления на тиристоры вы2 прямителя 2 н ток i в первичной обмотке трансформатора. нарастает по экспоненте с постоянной времени,определяемой сопротивлением и индуктивиостью трансформатора и вторичного контура.. При этом энергия от источника 1 питания поступает к свариваемым деталям 5 и накапливается в магнитных полях обмоток трансформатора и вторичного контура.

На диаграмме (фиг.2) над осями времени показаны интервалы времени поступления импульсов управления, а под осями - интервалы проводимости соответствующих полупроводниковых приборов. В момент времени, предшествующий моменту tg выключенйя выпрямителя 2, импульсы управления начинают поступать на тиристор 8, который в момент tg отпирается вместе с диодом 10 приложенной в проводящем направлении ЭДС самоиндукции трансформатора 4. Ток с емкости 7 практически мгновенно возрастает до величины тока первичной обмотки.

Энергия, .запасенная в индуктивностях трансформатора 4 и вторичного контура, начинает поступать в емкость 7, вызывая повышение ее напряжения U . После отпирания тиристо.ра и импульсы управления подаются на тиристоры 12 и 13. В момент времени 1 прохеждения тока с через нуль ,и достижения напряжения 0 максималь. ного значения. превышающего выпрямЛенйое напряжение Ч8 на выходе выпрямителей 2 и 3, тиристоры 12 и 13 отпираются и начинается колебательный перезаряд емкости 7 через первичную обмотку трансформатора 4.

Одновременно подаются импульсы управления на тиристоры выпрямителя

3 для формирования второго импульса сварочного тока. В момент времени когда. напряжение "c становится равным напряжению ЧВ, тиристоры 12 и 13 запираются, а ток выпрямителя 3 практически мгновенно увеличивается до величины тока < достигнутой к этому моменту времени.

Дальнейшее нарастание тока, происходит по экспоненте, как и в первом импульсе. В момент времени выпрямитель 3 закрывается и ток начинает протекать через тиристор 9, диод 11 и емкость 7, заряженную к этому моменту до напряжения Чй

Наличие энергии в емкости 7 к моменту ty приводит к повышению максимального напряжения на ней, достигаемого в момент t6 по сравнению с этим же значением в момент 1 ., В момент времени t6 начинается перезаряд емкости 7 через первичную обмотку трансформатора 4 по тиристорам 14 и 15. В момент у при

V Чц эти тирнсторы запираются и ток, начинает протекать через выпрями-(1057219 тель 2. Третий и последующие импуль-. сы сварочного тока по форме ближе к прямоугольным, чем второй и тем более первый импульс. который в части нарастания тока эквивалентен импульсам, получаемым прототипом. .5

Для получения паузы между импульсами разной полярности можно предусмотреть задержку между моментом окончания интервала проводимости тиристоров 8 и 9 и подачей управлякиаих 30 импульсов на тиристоры 12, 13 и 14, 15.

Благодаря наличию в устройстве емкости 7 в качестве накопителя реактивной энергии удается ликвидирозать бесполезную перекачку этой энер.гии, свойственную прототипу,и получить крутые фронты импульсов тока< .

Физически последнее явление объясняется повышением напряжения на обмотках трансформатора в начальной и конечной стадиях импульса по.сравнению с величиной Чн . Такое повышение приводит к увеличению интенсивности запасания или отдачи энергии в магнитном поле рассеяния транс- 25 форматора и магнитном поле вторичного контура. Этим и оправдано предлагаемое повышение напряжения, и как следствие, повышение класса тиристоров в выпрямителях 2 и 3 по 30 сравнению с прототипом, т.е. только повышением напряжения в начальной и конечной стадиях -импульса возможно

"приближение импульса сварочного тока . к прямоугольному. 35

Первый во времени импульс серии импульсов сварочного тока экспоненциальный только при включении, так как к началу последующих серий импульсов емкость 7 имеет энергию от 40 предыдуших импульсов.

Повышение среднего за период Импульса напряжения на первичной обмотке приводит к тому, что трансформатор в предлагаемом устройстве обес- 45 печивает меньшую максимальную длительность импульса в зоне малых значений тока намагничивания, чем тот же трансформатор в схеме известного устройства. Однако импульс, бщ экий 50 к прямоугольному, позволяет передать определенное количество энергии при меньшей длительности по сравнению с экспоненциальным импульсом.

О количествах энергии в таких импульсах можно ориентировочно судить по площадям, охватываемым первым и третьим по времени импульсами (фйг.З).

Обеспечивая более короткие импульсы при одинаковом количестве энергии в каждом из них по сравнению с иэ- 60 вестным предлагаемое устройство по зволяет повысить производительность.

Длительность импульса сварочного тока до внедрения устройства сос.тавляла 0,08 с, сварка каждой детали велась двумя имПульсами при проДля ограничения скорости нараста-. ния токов и напряжений на тиристо- 65 рах и диодах могут быть использованы дроссели насыщения.

Иалый эффективный ток < по сравнению с током позволяет йрименить в выпрямительных мостах 6 полупроводниковые приборы с воздушным охлаждением на сравнительно небольшой ток.

Несложно составить схему с полным перезарядом емкости 7. что позволяет уменьшить количество дополнительных полупроводннковых приборов, однако при заданной величине емкости 7 такое устройство обеспечивает менее крутые фронты нарастания и спада тока

t но сравнению с устройством, представленным на фиг.1, а форма ймпульса соответствует второму по времени импульсу на фиг.3.

Предлагаемое устройство для низкочастотной контактной сварки имеет алгоритм управления.выпрямительными мостами 6 проще по сравнению с алгоритмом управления инвертором, ведомым сетью, используемом в прототипе. Оно позволяет ликвидировать бесполезную перекачку реактивной энергии от источника к потребителю и обратно, а следовательно-ликвидировать потери от этой перекачки и снизить мощность передающих и потребляющих устройств по сравнению с прототипом.

Реализуемый устройством импульс, приближенный к прямоугольному, позволяет увеличить интенсивность передачи энергии к свариваемым деталям н повысить производительность устройства по сравнению с прототипом. Величина емкости 7 в устройстве (фиг.1) значительно меньше по сравнению с емкостью конденсаторной машины для одинаковых параметров процесса сварки, так как в конденсаторной машине в емкости запасается вся энергия импульса, а в предлагаемом лишь реактивная энергия трансформатора и вторичного контура.

Точное определение экономического эффекта, связанного с упрощением системы управления устройства и повышением надежности, а также с ликвидацией перекачки реактивной энергии, затруднительно. Если ориентировочно принять, что в течение нормативного срока окупаемости экономия эксплуатационных расходов, обусловленная этими факторами, компенсирует капитальные вложения на допол-нительные элементы устройства и тех-, нические мероприятия, связанные с повышением напряжения, то общая экономия будет определяться повышением производительности, обусловленной увеличением скорости нарастания то3 ка при сварке.

1057219

ФЯ3 3

ВНИИПИ Заказ 9447/15 Тираж 1106 Подписное

Филиал ППП "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4 должительности включения 12,5Ъ. После внедрения предлагаемого устройства время импульса сократилось до

0,06 с, а интервал между серией импульсов не изменился. В этом случае за один час машина сваривает на 90 деталей больше. Если принять, что ма-, шина работает 20 ч в.сутки и

250. сут в году, то общее количестьо дополнительной продукции составит 45000 деталей в год на одну маиину. Прн стоимости одной детали

2 руб повышение производительности всей технологической линии до уровня предлагаемого устройства позволяет выпускать дополнительную продукцию на. сумму 900 тыс. руб в год на одну технологическую линию.