Источник питания сварочной дуги

 

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к источникам питания, и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промьшшенности. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения за счет расширения диапа-. зона регулирования сварочного тока. Для этого в источнике, содержащем неуправляемый вьтряьа1тель, трансформатор , инверторный мост, управляемый выпрямитель и т.д., трансформатор Еьшолнен с дополнительной вторичной обмоткой подмагничивания со схемой управления, что позволяет регулировать ток в более широком диапазоне. При этом можно отключать управляемый выпрямитель при превышении значения выходного тока. 4 ил. (Л со 00 со 4 со ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (191 (11) (51) 4 23 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4014794/3)-27 (22) 30,01 .86 (46) 30.08.87. Бюл. У 32 (7!) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) Г.Ф.Белоусов, В.В.Шеломенцев и А.А.Бобров (53) 621.791.75 (088.8) (56) Яматэ Н. и др. Сварочный источник постоянного тока с аналоговым транзисторным управлением;, Перевод

Г-28482. — Осаки хэнъацуки, 1979, Ф 39.

Авторское свидетельство СССР

У 1210635, кл. Н 02 М 7/08, 1984. (54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ (57) Изобретение относится к области сварочного производства, а именНо к источникам питания, и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промьппленности. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения за счет расширения диапа-, зона регулирования сварочного тока.

Для этого в чсточнике, содержащем неуправляемый выпрямитель, трансформатор, инверторный мост, управляемый выпрямитель и т.д., трансформатор выполнен с дополнительной вторичной обмоткой подмагничивания со схемой управления, что позволяет регулировать ток в более шщроком диапазоне.

При этом можно отключать управляемый выпрямитель при превышении значения выходного тока. 4 ил.

133

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение качества, сварного соединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока.

На фиг.l приведена схема источника питания сварочной дуги; на фиг.2 выходная вольтамперная характеристика; на фиг.3 — диаграммы, поясняющие принцип работы источника; на фиг.4 регулировочные характеристики.

Источник содержит инверторный мост 1, плюсом подключенный к конденсатору 2 фильтра и через дроссель 3 к плюсу входного выпрямителя 4, который минусом пбдключен к второму концу конденсатора 2 фильтра и через первичную обмотку 5 трансформатора к минусу инверторного моста 1. Трансформатор выполнен из двух двухстержневых магнитопроводов 6 и 7, причем первичная 5 и отсекающая 8 обмотки трансформатора охватывают один стержень каждого из двух двухстержневых магнитопроводов 6 и 7, при этом вторичная обмотка 9, охватывающая магнитопровод 6, через анод тиристора 10 и вторичная обмотка 11, охватывающая магнитопровод 7, через анод диода 12 подключены параллельно нагрузке 13, которая зашунтирована диодом 14. 1 енератор 15 управления первым управляющим выходом подключен к тиристорам инверторного моста l, а вторым управляющим выходом через компаратор

16 и формирователь 17 импульсов управления — к управляющему электро— ду тиристора 10. Обмотка 18 подмагничивания расположена на магнитопроводе 7 и подключена через усилитель

19 и интегратор 20 к второму входу компаратора 16, а через сумматор 21 к задатчику 22 управляющего напряжения. Отсекающая обмотка 8 трансформатора подключена параллельно конденсатору 2 фильтра через управ ляемый выпрямитель 23, который управляющим входом подключен через формирователь 24 импульсов управления, компаратор 25 и интегратор 26 к датчику 27 тока нагрузки. Задатчик 28 опорного напряжения подключен к второму входу компаратора 25.

3495 2

Источник работает следующим образом.

Преобразователь частоты, содержащий инвертОрный мост 1 вхОдной фильтр, состоящий из конденсатора 2 и дросселя 3, и входной выпрямитель

4, вырабатывает ток требуемой частоты, который преобразуется в выходном

10 трансформаторе и запитывает нагрузку

13, зашунтированную диодом 14, исключающим выбросы напряжения за счет накопленной энергии в индуктивности соединительной линии. Для обеспече15 ния нормальных условий работы преобразователя частоты напряжение на первичной обмотке 5 трансформатора не должно превышать определенной величины и ограничивается пороговым

20 устройством, состоящим из отсекающей обмотки 8 трансформатора, которая через управляемый выпрямитель 23 подключена параллельно конденсатору 2 фильтра.

Пороговое устройство работает следующим образом, При изменении величины нагрузки или фазового. угла управления выходным тиристором 10 происходит измене30 ние напряжения на первичной обмотке

5 трансформатора, которое может достигать величины напряжения на коммутирующей индуктивности и превышает значение напряжения на конденсаторе 2 фильтра. Задавая значение коэффициента трансформации для отсекающей обмотки 8, можно ограничивать значение напряжения на первичной обмотке 5 замыканием части или

40 всего контурного тока инверторного моста 1 отсекающей обмоткой 8 и выпрямителем 23 через конденсатор 2 фильтра. Устойчивая работа инвертора в режимах работы от короткого

45 замыкания до холостого хода осуществляется при значении коэффициента трансформации не ниже 1,3, что приводит к отсеканию части амплитуды выходного тока (фиг.2, график 1) в

gp режимах работы от номинального значения до короткого замыкания и, как следствие, понижению максимальной величины выходного тока,а также КПД.

При отключении управляющего выпрямителя 23 в режимах работы От короткого замыкания до номинального значения не происходит ухудшения условий работы инверторного моста 1, а также расширяется диапазон рабочих токов

1333495 (фиг.2, график 2), который должен удовлетворять условию — при 300А на нагрузке напряжение должно быть не ,менее 40В (фиг.2, график 3).

Регулирование тока в нагрузке осуществляется тиристором 10, который открывается с фаэовой задержкой относительно тиристоров инверторного моста 1. При изменении фазовой за- 10 держки от 0 до 180 эл.град. выходной ток изменяется в диапазоне от 1 до

0,3 номинального значения. Когда тиристор 10 отключен, выходная характеристика трансформатора соответст- 15 вует графику 4 на фиг.2. Вследствие того, что основной поток замыкается через сердечник магнитопровода 6, так как встречный поток в сердечнике магнитопровода 7, образованный при 20 протекании тока в обмотке Il, вытесняет основной поток, происходит понижение его магнитной проницаемости.

В случае принудительного намагничивания обмоткой 18 выходная характерис-25 тика трансформатора при отключении тиристора 10 принимает вид, показанный на фиг.2, график 5. Следовательно, при изменении насьпценности и фазового угла управления тиристором 10 30 выходной ток регулируется от 8 до

500А.

Процесс регулирования осуществляется следующим образом. При фиксированном значении напряжения с задат- 5 чика 22, которое подается через сумматор 21 на второй вход компаратора

16 .(фиг.За, график 1), на первый вход которого подается пилообразное напряжение (фиг.За, график 2) с вто- 40 рого выхода генератора 15, по переднему фронту импульса выходного напряжения с компаратора 16 (фиг.Зб) через формирователь 1? импульсов осуществляется включение тиристора 4r„

10, где задний фронт импульса совпадает по времени с включением тиристоров инверторного моста I. Кроме того, напряжение с выхода сумматора

21 через интегратор 20 и усилитель

19 определяет уровень насыщения сердечника магнитопровода 7. При уменьшении напряжения задания происходит уменьшение задержки фазового угла тиристора 10 и уменьшение насьпцения сердечника магнитопровода 7, что вызывает увеличение выходного тока при некотором постоянстве скважности выходных импульсов. Изменяя величину постоянной интегрирования и коэффиI циент усиления интегратора 20, можно осуществлять основное регулирование обмоткой подмагничивания, что позволяет реализовать минимальный фазовый угол при заданном значении выходного тока и повысить надежность работы тиристора 10, так как при малых углах регулирования соотношение Ы; /М через тиристор минимально. В случае быстротечных процессоь изменения пав грузки происходят обработка фазового управления и с некоторой задержкой изменение насьпцения сердечника транd сформатора, следовательно, улучшается динамика переходного процесса с применением насыщакщихся элементов.

Наличие интегратора 26 в цепи обратной связи позволяет испольэовать стандартный измерительный шунт, который измеряет велччику тока нагрузки 13 и полезный сигнал ниже уровня помехи, которая обусловлена его собственной индуктивностью. Интегратор

26, компенсируя помеху, выделяет среднее значение проходящего импульсного выходного тока в течение нескольких периодов и осуществляет коррекцию через сумматор 21 напряжения задания. Коррекция сигнала задания осуществляет автоматическое перераспределение между фазовым регулированием и регулированием насыщения сердечника трансформатора, которое обеспечивает уменьшение фазового угла включения тиристора 1О. Кроме того, выходной сигнал с интегратора

26 через компаратор 25 и формирователь 24 определяет включенное и выключенное состояния выпрямителя 23.

Задавая значение опорного напряжения с блока 28 на второй вход компаратора

25, можно отключить выпрямитель 23 при превышении значения выходного тока и тем самым расширить диапазон получаемых токов.

Когда не требуется такой широкий диапазон регулирования выходного тока, можно, изменяя соотношение сечений магнитопроводов 6 и 7, изменить токи, формируемые в обмотках 9 и 11.

При уменьшении сечения магнитопровода 6 и увеличении сечения магнитопровода 7 проходит распределение в этой же пропорции магнитного потока, наведенного первичной обмоткой. При больших токах используется эапараллеливание вентильных элементов. Так

5 133349 как ток в данной обмотке уменьшается, уменьшается и.количество управляемых вентилей. Загрузка по току между управляемыми и неуправляемыми вентилями различна и больше у последних.

Уменьшение общего количества вентилей приводит к повышению надежности и КПД, уменьшению веса и габаритов.

В ферромагнитных материалах известен продольный магнитострикционный эффект, который возникает при наличии магнитного поля, наведенного током, протекающим через катушку, охватывающую ферромагнитный сердечник, который под действием поля сжимается и находится в состоянии насыщения. Известен также поперечный скручивающий магнитострикционный эффект, который возникает при протекании электрического тока через ферромагнитную пластину. Магнитострикционный эффект объясняется переориентацией вектора напряженности магнитного псля доменных структур по íà- рб правлению внешнего магнитного поля.

Вследствие этого происходит сокращение линейных размеров ферромагнитного ма.териала и уменьшение его магнитной проницаемости. Если магнитопровод трансформатора навит из ленты и по этой ленте протекает электрический ток, то он вызывает скручивающий эффект магнитострикции и понижение проницаемости ферромагнитного материала без заметных изменений его линейных размеров. Следовательно, из- меняя величину тока,, можно регулировать величину насыщения сердечника.

Для трансформатора повышенной частоты 4О используется электротехническая сталь толщиной порядка 0,02 мм и малым сечением, для насыщения которой требуются токи, не превышающие 10 А.

При Указанном способе насыщения маг- 45 нитопровода 7 отсутствует высокое напряжение на обмотке намагничивания, вследствие чего повышается надежность, а также уменьшается вес источника, так как нет необходимости в дополнительной обмотке подмагничивания.

Полное насьпцение всего магнитопровода 6 или 7 недопустимо, так как ухудшается магнитная связь отсекающей обмотки 8 с первичной обмоткой

5, что резко ухудшает режим работы инверторного моста 1. При режимах, приближающихся к глубокому насыщению

6 всего магнитопровода, наблюдается скачкообразное изменение реактивного сопротивления первичной обмотки 5 и режим работы инверторного моста 1 приближается к режиму холостого хода, что приводит к срыву инвертирования. Следовательно, насыщение только магнитопровода 7 и частичное поднасыщение магнитопровода 6 за счет нескомпенсированной постоянной составляющей тока в первичной обмотке 5 позволяет осуществить устойчивую работу инверторного моста 1 при широком регулировании выходного тока в диапазоне от 0,03 до 1,0 номинального значения. Для улучшения стабилизации скважности выходного импульса тока необходимо задавать переменный коэффициент усиления для уси-. лителя 19, питающего обмотку 18 подмагничивания. Это позволяет при больших заданных фазовых углах управления тиристора 10 производить более глубокое насьпцение сердечника магни— топровода 7 и тем самым при малых выходных токах уменьшить величину фазового угла. На фиг.4 (график 1) показана зависимость выходного тока от величины выходного напряжения усилителя 19 при переменном коэффициенте усиления, зависящем от величины напряжения задания (фиг.4, график 2) . В примере конкретного исполнения источника (фиг.1) коэффициент усиления усилителя 19 постоянен.

Таким образом, источник позволяет повысить качество сварного соединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока.

Фо р мул а и з об р е те ни я

Источник питания сварочной дуги, содержащий инверторный мост, плюсом соединенный с одной обкладкой конденсатора фильтра и через дроссель с плюсом входного выпрямителя, минус которого соединен с второй обкладкой конденсатора фильтра и через первичную обмотку трансформатора с минусом инверторного моста, причем трансформатор выполнен на двух двухстержневых магнитопроводах, при этом первичная и отсекающая обмотки трансформатора охватывают один стержень каждого двухстержневого магнитопровода, а другой стержень охватывает каждый из вторичных обмоток

13 трансформатора, первые выводы вторичных обмоток трансформатора подключе— ны соответственно через первый диод и тиристор к катоду второго диода, анод которого соединен с вторыми выводами вторичных обмоток трансформатора, задатчик управляющего напряжения, первый управляющий выход генератора управления соединен с тиристорами инверторного моста, а второй— через компаратор и формирователь импульсов управления соединен с тиристором, отличающийся тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока, в него введены последовательно соединенные сумматор, первый

33495 интегратор усилитель и дополнительная вторичная обмотка трансформатора, задатчик опорного напряжения и последовательно соединенные второй ин5 тегратор, второй компаратор, второй формирователь управляющих импульсов и управляемый выпрямитель, при этом отсекающая обмотка трансформатора через управляемый выпрямитель подключена параллельно конденсатору фильтра, первый вход сумматора соединен с задатчиком управляющего напряжения, а второй вход сумматора соединен с первам входом второго компаратора, второй вход которого соединен с задатчиком опорного напряжения, а выход сумматора соединен с вторым входом первого компаратора.

1333495

ИЧ

Дог, Г

Составитель В.Грибова

Техред В.Кадар

Корректор, Л.Бескид

Редактор А.Лежнина

Тираж 9 4 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, NocKBB Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3908/13

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4