Сварочный выпрямитель

 

1. СВАРОЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные силовой трансформатор и тиристорный блок, к одному выходу которого подключен дроссель, а к другому выходу - датчик тока, выход которого .подключен к одному входу блока сравнения и к выходу датчика напряжения, другой вход блока сравнения соединен с блоком задания, выход блока сравнения соединен через блоки формирования импульсов управления с входом тиристорного блока, о т л ич а го щ ии с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет улучшения возбузвдения и горения сварочной дуги в различных пространственных положениях, в него введены последовательно соединенные регистратор сварочного тока и блок ограничения обратной связи по ргапряжению , при этом вход регистратора сварочного тока подключен к датчику тока, выход регистратора сварочного тока соединен с выходом блока сравнения, а вЫход блока ограничения обратной связи по напряжению соедиi нён с датчиком напряжения. 2. Выпрямитель по п. 1, о т л и (Л чающий с я тем, что блок ограс ничения обратной связи по напряжению выполнен на двух параллельно соединенных цепочках, состоящих каждая из резистора, зашунтированного диодом, катод которого соединен с вьшодом резистора и затвором полевого транзистора, конденсатор включен между затвором и истоком to полевого транзистора,сток которого 4 соединен с катодом стабилитрона, сл анод которого соединен с выходом блока, а анод диода соединен с входом блока.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„» М (51)4 В 23 К 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

73

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ. (21) 3715532/25-27 (22) 27.03.84 (46) 07.08.85. Бюл. Р 29 (72) А.Ф.Гарбуль, Ю.И. Горлов, М.д, Роговой, А.Л. Рывкин, О.М. Хлудов и А.Я.. Яшунский (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования и Ленинградский завод "Электрик" им. H.È. Шверника (53) 621. 791. 75(088.8) (56) Заявка Японии М 52-100347, кл. 12 В 112, опублик. 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 738798, кл. В 23 К 9/10, 1977. (54)(57) 1. СВАРОЧНЫИ ВЫПРЯМИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные силовой трансформатор и тиристорный блок, к одному выходу которого подключен дроссель, а к другому выходу — датчик тока, выход которого .подключен к одному входу блока сравнения и к выходу датчика напряжения, другой вход блока сравнения соединен с блоком задания, выход блока сравнения соединен через блоки формирования импульсов управления с входом тиристорного блока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет улучшения возбуждения и горения сварочной дуги в различных пространственных положениях, в него введены последовательно соединенные регистратор сварочного тока и блок ограничения обратной связи по напряжению, при этом вход регистратора сварочного тока подключен к датчи- ку тока, выход регистратора сварочного тока соединен с выходом блока сравнения, а выход блока ограничения обратной связи по напряжению соединен с датчиком напряжения.

2. Выпрямитель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок ограничения обратной связи по напряжению выполнен на двух параллельно соединенных цепочках, состоящих каждая из резистора, зашунтированного диодом, катод которого соединен с выводом резистора и затвором полевого транзистора, конденсатор включен между эатворои и истоком полевого транзистора, сток которого соединен с катодом стабилитрона, анод которого соединен с выходом блока, а анод диода соединен с входом блока.

1171245

Изобретение относится к электродуговой сварке плавящимся электро дом на постоянном токе.и может быть использовано в тиристорных сварочных .выпрямителях для механизированной сварки в среде углекислого газа.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет улучшения возбуждения и горения сварочной дуги в различных пространственных положениях.

На фиг. представлена блок-схема выпрямителя; на фиг.2 — диаграммы изменения напряжения на элементах выпрямителя, Выпрямитель содержит силовой трансформатор 1, тиристорный выпрямительный (ТВ) блок 2, дроссель 3, сварочной цепи, шунт 4, блок 5 формирования импульсов управления (ФИ), 20 блок А1 сравнения, регистратор А2 сва" рочного тока.

Блок сравнения, входящий в блок управления, и регистратор сварочного тока выполнены на операционных усилителях. На прямой вход (плюсовой)

А1 подается регулируемое напряжение задания — Ч А (с резистора R 1) на инверсный (минусовый) — напряжения отрицательных обратных связей по то- З0 ку (через сглаживающий фильтр R>C> R>) и по напряжению (через сглаживающий фильтр R

2 5 сравнения напряжение управления поступает через фильтр RRT. на блок

ФИ,.сформированные им импульсы подаются далее на управляющие электроды выпрямительного ТВ блока. Цепочка

VQ <, VQ< (встречно включенные стабилитроны) служит для повышения быст- 40 родействия во время переходных процессов. Благодаря совместному действию обратных связей по току и напряжению формируются.пологопадающие внешние характеристики. А2 выполняет 45 роль регистра сварочного тока и используется для управления блоком ограничения действия обратной связи по напряжению ООС вЂ” V. На прямой (плюсовый) вход компаратора А2 по- 50 ступает постоянное пороговое напряжение, эквивалентное минимальному значению тока. сварочной цепи (порядка 7А), а на инверсный,(минусовый) вход с шунта 4.падается напряжение 55 сигнала, пропорциональное реальной величине сварочного тока. С выхода компаратора А2 через вспомогательный, ограничитель К4, ЪЯ, VQ4 снимается напряжение управления схемой ограни чения действия ООС вЂ” V которое через времязадающие цепочки Rg, VQ5, С и R 10,,VQ 6, С5 управляют проводимостью полевых транзисторов V Tl u

Ч Т2.

Ограничение действия отрицатель-! ной обратной связи по напряжению достигается путем ограничения величины сигнала отрицательной обратной связи (ООС вЂ” V), который выделяется на конденсаторе С2 фильтра R4 С2 R5.

Ограничение осуществляют два управляемых ограничителя (R 11, VQ 7, V Т1

H R 11, VQ 8, V T2), которые включены параллельно, но работают последовательно (во времени) один с другим и имеют различные динамические, т.е. изменяемые по величине и по времени, пороги, полученные в результате использования в качестве нелинейных элементов соответствующих стабилитронов с последовательно включенными полевыми транзисторами, выполняющими роль управляемых переменных резисторов (фиг.1 и 2). Для повышения быстродействия ограничители совмещены с фильтром R4 С2 R5 так, что резистор фильтра R4 является одновременно и балластным резистором обоих ограничителей. Цепочки VQ7, V Т1, и VQ8, V Т2, формирующие динамические пороги ограничителей, подключены параллельно конденсатору С2. Стабилитроны

ЧО7 и VQH.имеют разные напряжения стабилизации, причем напряжение стабилизации стабилитрона VQ7 меньше, чем у Щ8, т.е. Vilaa. VQ7 Vcras(V®

Сопротивление полевых транзисто-, ров VT1 и VT2 может меняться в широких пределах (от R „„0100 Ом до

R цп„ о 10 ИОм) в зависимости от напряжения на их затворах. Каждый полевой транзистор через соответствующий стабилитрон (VQ) и резистор R4 присоединен к выходу сварочного выпрямителя. Следовательно, при изменении его сопротивления (R «) изменяет снимаемое с него напряжение (VYT) и величина динамического порога, который равен сумме этого напряжения соответствующего стабилитрона (Ч„= Чvl + Ч,т,) . Каждый полевой транзистор полностью открыт и сопротивление его мало, напряжение на транзисторе V — О. В результате

ЧT напряжение порога ограничителя рав! 1712 5,но своему наименьшему значению напряжении стабилизации стабилитрон4

V Чс11Б Ослабление ограничителем сигнала ООС вЂ” Ч на конденсаторе С2 (U ) максимально, что вызывает с предельное увеличение угла открытия тиристорон и, соответственно, наибольшее нозр, стание режима работы выпрямителя. При увеличении сопротив ления полевого транзистора увеличи10 вается и падение напряжения на нем, вызывая увеличение величины порога.

Степень ограничения сигнала ООС-V при этом падает, приращение режима уменьшается. Когда полевой транзис- 15 тор полностью закрыт и его сопротивление очень велико, напряжение nopoira ограничителя равно своему наибольшему значен 90. Это значит, что ограничение отсутствует, ограничитель 20 находится в стационарном режиме.

Таким образом, с помощью полевых транзисторов V Tl u V Т2 осуществляется управление процессом ограничения ООС-V на конденсаторе С2 25 фильтра R4 С2 R5. Цепочки VQ7, V Tl и VQ8, V Т8, формирующие динамически пороги, подключены к конденсатору С2 параллельно, следовательно на нем всегда устанавливается напряжение, равное меньшему из этих двух порогов, Изменение величин динамических порогов V и V во времени задает компаратор А2, воздействуя на сопротивление полевых транзисторов V T1 и.

U T2 через времязадающие цепочки

R9, VQ 5, С4 и R10, VQ6, С5. Постоянные времени заряда этих цепочек малы (из-за диодов ЧЯ 5 и Ч(6), а постоян-. ные времени разряда велики и притом 40 различны (Т p ) Tpz )

Схема работает следующим образом.

B исходном состоянии (на холостом ходу выпрямителя) компаратор А2 находится в состоянии "Выключено", при 45 этом на его выходе — отрицательное напряжение. Поэтому полевые транзисторы V Т1 и Ч Т2 полностью открыты, их сопротивления малы. В результате напряжение сигнала OOC V на конден- 50 саторе С2 ограничено на наименьшем уровне — на уровне напряжения стабилизации стабилитрона UQ 7. Стабилитрон VQ 8 находится в закрытом состоянии, так как это напряжение приложе- 55 но и к нему, а оно меньше, чем его напряжение стабилизации. Ограничен- ный сигнал ООС-V через резистор R5 поступает на инверсный вход сравнивающего устройства. Уменьшение сигна ла ООС-V при неизменном напряжении задания приводит через А1, ФИ и ТВ к изменению режима работы выпрямителя.

Угол открытия тиристоров увеличивается, напряжение холостого хода сварочного выпрямителя возрастает, . и при этом до своего максимального значения (V„q, ) так как в этом слума с чае стабилитрону с меньшим напряжением стабилизации соответствует больыее напряжение холостого хода.

Из-за действия ограничителя обратной связи ООС-V это увеличение напряжения холостого хода не вызывает изменения напряжения на конденсаторе фильтра С2.

Таким образом, в исходном состоянии на выходе снарочного выпрямителя устананливается максимальное напряже

Ф ние холостого хода, которое необходимо для обеспечения надежности первоначального возбуждения дуги.

На фиг.2 приведен график работы ограничителя действия обратной связи ,ООС-V. Процесс возбуждения дуги начинается с короткого замыкания эЛектродной проволоки на изделие. В этот момент в сварочной цепи начинает протекать значительный ток, обусловленный высоким напряжением холостогс хода выпрямителя. Компаратор А2 cpak батывает (на его выходе появляется положительное напряжение) и закры- . вает с малой задержкой во времени (череэ диоды VQ 5 и VQ 6) полевые транзисторы V T1 V T2, вызывая увеличение их сопротивлений. Нунтиующее действие цепочки VQ 7, Ч Т1 на конденсаторе С2 прекращается и оба ограничителя оказываются выключенными. Во время короткого замыкания электрод — изделие конденсатОр

С2 через резистор R 4 и короткозамкнутый выход выпрямителя начинает разряжаться, вызывая дополнительное увеличение тока короткого замыкания, несмотря на возрастание сопротивления вылета электрода. Для уменьшения влияния отрицательной обратной связи по току на величину тока короткого замыкания постоянная времени цепочки Р2, С1, РЗ выбрана достаточно большой по сравнению со временем зажигания. Под действием тока электродная проволока расплавляется и образуется дуговой промежуток, н котором

1171245 напряжения холостого хода после пре1О рывания процесса нужна лля предотнра15

45 ся

55 возбуждается дуга. В момент возбуждения последней нз-за резкого уменьшения нагрузки скачком возрастает напряжение на выходе выпрямителя. Цепочка R8, С4 обеспечивает еще некоторое время (3-6 мс) шунтирующее действие VQ 7, V Tl на конденсатор

Г2.

При этом незначительно изменившееся напряжение на С2 в сочетании с напряжением задания обеспечивают напряжение на выходе выпрямителя

25-30 В, создавая дополнительные благоприятные условия для поддержания горения возбудившейся дуги. В дальнейшем действие отрицательной обратной связи и схемы управления обеспечивают быстрое усгановление стационарного режима и необходимых для сварки внешних характеристик выйрямителя.

Быстродействие системы управления обусловлено небольшой постоянной времени фильтра R4 С2 R5, что позволяет быстро реагировать на изменение выходного напряжения сварочного выпрямителя, а также применением фильтра R6 С3 R7 со значительной постоянной времени и ускоряющей цепочкой VQ 1, VQ 8. Такой фильтр обеспечивает необходимую фильтрацию сигнала управления, а цепочка VQ 1, VQ 2 — его быстродействие при больших рассогласованиях напряжения на выходе сравнивающего устройства Л 1.

Для этих же целей в схему введена цепочка VQ 9, Rll, подающая положительное постоянное напряжение на R7 (после срабатывания компаратора).

Это напряжение в сумме с напряжением на СЗ обеспечивает быстрое установле ние напряжения управления.

При сварке длинными швами в нижнем положении нет обрыва дуги, поэто му компаратор А2 все это время находится во включенном состоянии, обе печивая отключение цепочек VQ 7, Ч Тl. и ЧЦ 8, У Т2 от конденсатора С2

При сварке короткими швами в нижнем положении и при сварке в вертикальном положении имеют место кратковременные обрывы дуги. Для стабиль ного повторного возбуждения и горени дуги необходимо обеспечить с некоторой задержкой плавное нарастание напряжения холостого хода выпрямителя, что в свою очередь, приводит < увеличешпо пика тока при зажигании по мере остывання электрода. Б этом случае максимальное значение напряже ния холостого хода должно быть меньше, чем при первоначальном возбуждении дуги {V> Ч„„, ).

Некоторая задержка в нарастании щения образования большой капли на конце электрода и обеспечения IloHTop ного возбуждения дуги.

Выполнение указан .ых задач достигается введением управляемого плавного нарастания степени ограничения действия отрицательной обратной связи по напряжению, но в меньших пределах, чем при первоначальном возбуждении дуги.

Плавно нарастающее ограничение осуществляется ограничителем Е4, VQ 8, V Т2, который управляется компаратором А2 через времяэадаюшую цепочку R 10, VQ 6, С 5. При обрыве дуги сварочный ток прекращается и компаратор Л2 выключается. Поэтому конденсаторы С4 и С5 начинают разряжаться через резисторы R9 и R10, Постоянная времени разряда цепочки

К10, С5 (Т2) выбрана существенно меньше. постоянной времени цепочки

R9, С4 (Тl), следовательно конденсатор С5 разряжается значительно быстрее. задержка начала работы ограничителя К4, VQ 8, V T2 — Ь(:1д„ создается за счет превышения исходного напряжения на конденсаторе С5 над напряжением отсечки полевого транзистора

V Т2 (V >) V ).Через время, равное времени задержки (15-20 мс), V< снижается до уровня Ч, и только

I тогда по мере дальнейшего разряда конденсатора С2 начинает плавно уменьшаться сопротивление полевого транзистора V Т2. Соответственно на,чинает плавно уменьшаться напряжение сигнала ООС-V на конденсаторе С2 фильтра R4 С2 R5. Это, в свою очередь вызывает плавпое нарастание напряжения холостого хода выпрямителя, которое продолжается до тех пор, пока конденсатор С5 не разрядится до нуля (за t = 15-20 мс). 11олевой транзистор Ч Т2 открыт полностью, а сопротивление мало. Напряжение сигнала

ООС-Ч на конденсаторе С2 фильтра

К4 С2 Р5 ограничивается стабилитро1171 ном UQ 8 на уровне его напряже. ия стабилизации, так как напряжение ста билизации стабилитрона VQ 8 больше, чем стабилитрона.VQ 7, то установив Ух 7 >> хс 5 меньше, чем хх „хс °

Благодаря ограничивающему действию стабилит1 она Ug 8, это превышение напряжения холостого хода выпрямителя по сравнению с рабочим (сва- 10 рочным) его значением не приводит к изменению напряжения на конденсаторе

С2 фильтра R4 С2 R5, что обеспечивает быстрое окончание переходных процессов при установлении сварочного процесса.

Если режим холостого хода длителен, то начинает сказываться разряд конденсатора С4 времязадающей цепочки R9, VQ 5, С4. По мере его разряда 2б плавна уменьшается сопротивление полевого транзистора V Т1. Снова начи-7 нает уменьшаться напряжение сигнала

245 8

ООС-V на конденсаторе С2 фильтра

R4 С2 R5. Одновременно начинается дальнейший плавный рост напряжения холостого хода выпрямителя.

Нарастание Чх» продолжается до тех пор, пока конденсатор СЗ не разрядится до нуля (за t = 0,4-0,5 с).

Полевой транзистор V T1 полностью открывается, его сопротивление мало.

Напряжение сигнала ООС-V на конденсаторе С2 фильтра К4 С2 К5 ограничивается стабилитроном VQ 7 на уровне его напряжения стабилизации. Это приводит к установлению на выходе сварочного выпрямителя наибольшего значения напряжения холостого хода " ЙО„ «

Технический эффект состоит в . улучшении зажигания дуги при сварке электродной проволокой в среде угле кислого газа во всех пространственных положениях.

Составитель Г.Чайковский

Редактор В.Бланар Техред M.Ïàðîöàé Корректор В. Синицкая

Заказ 4780/14 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4