Устройство для электродуговой сварки

 

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано в установках для электродуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом на постоянном токе. Целью является уменьщение массы и габаритов. Устройство содержит входной выпрямитель, фильтр, полумостовой инвертор с обратными диодами , выходной трансформатор с разделенной на две секции первичной обмоткой. Концы обмотки включены последовательно с тиристорно-диодными парами инвертора. К общей вторичной обмотке подключен выходной выпрямитель и нагрузка в виде сварочной дуги. В устройство введены дополнительные диоды, образующие с обратными диодами тиристорно-диодных пар мост сброса реактивной энергии. Выходной трансформатор выполнен в виде воздушного трансформатора . Дополнительные диоды совместно с коммутирующим контуром обеспечивают устойчивость инвертора в режиме короткого замыкания нагрузки. В результате инвертор работает на повыщенной фиксированной частоте . 2 3. п. ф-лы, 4 ил. ю (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 В 23 К 9/00, 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4046697 31-27 (22) 03.04.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Г. Ф. Белоусов, В. В..Шеломенцев, А. А. Бобров и Е. И. Вашкевич (53) 621.791.75 (088.8) (56) Пентегов И. В. и др. Источники питания для дуговой сварки с использованием инверторов. — Автоматическая сварка. 1982, № 7, с. 34, рис. 7. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано в установках для электродуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом на постоянном токе. Целью является

„„SU„„1400815 А 1 уменьшение массы и габаритов. Устройство содержит входной выпрямитель, фильтр, полумостовой инвертор с обратными диодами, выходной трансформатор с разделенной на две секции первичной обмоткой. Концы обмотки включены последовательно с тиристорно-диодными парами инвертора. К общей вторичной обмотке подключен выходной выпрямитель и нагрузка в виде сварочной дуги. В устройство введены дополнительные диоды, образующие с обратными диодами тиристорно-диодных пар мост сброса реактивной энергии. Выходной трансформатор выполнен в виде воздушного трансформатора. Дополнительные диоды совместно с коммутирующим контуром обеспечивают устойчивость инвертора в режиме короткого замыкания нагрузки. В результате инвертор работает на повышенной фиксированной частоте. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1400815

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в установках для электродуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом на постоянном токе.

Цель изобретения — — уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 диаграммы токов и напряжений на элементах схемы в статическом режиме при холостом ходе на нагрузке; на фиг. 3 — то же, при горении дуг:..; на фиг. 4 — то же, при коротком замыкании нагрузки.

Устройство для электродуговой сварки содержит входной выпрямитель 1, фильтр 2, причем конденсатор на выходе фильтра разделен на две равные части 3 и 4, создающие два плеча полумостового инвертора с коммутирующим контуром 5. В другие два плеча инвертора включены тиристорно-диодные пары 6, 7 и 8, 9, дополнительные диоды 10 и 11, выходной трансформатор 12, первичная обмотка которого разделена на две секции 13 и 14. Концы первичной обмотки подключены последовательно с тиристорно-диодными парами 6, 7 и 8, 9, а средняя точка через коммутирующий контур 5 — к общей точке конденсаторов 3 и 4 фильтра.

К вторичной обмотке 15, расположенной на сердечнике 16, подключен тиристорный однополупериодный выпрямитель 17 и нагрузка 18 в виде сварочной дуги, параллельно которой включен обратный диод 19.

Предлагаемое устройство работает следующим ооразом.

В статическом режиме работы устройства на сварочную дугу можно выделить три основных состояния сопротивления нагрузки (R„), Это холостой ход (Х.Х), когда RÄ = сопротивление дуги, когда К = R, и короткое замыкание (К,З), R„= О.

Все эти изменения сопротивления нагрузки приводят к изменению электромагнитных процессов в инверторс. Поэтому следует рассматривать каждый режим в отдельности.

Режим Х.Х. нагрузки характеризуется большой величиной индуктивности намагничивания, а следовательно, и запасанием излишков энергии в выходном трансформаторе 12.

При подаче управляющего. импульса на тиристор 6 последний включается и к секции

13 первичной обмотки трансформатора 12 прикладывается напряжение конденсатора коммутирующего контура 5 полярностью, указанной на фнг. 1. Одновременно по автотрансформаторной схеме в секции 14 наводится ЭДС с аналогичной полярностью.

ЭДС, наведенная в секции 13, направлена встречно напряжению конденсатора коммутирующего контура 5, а в секции 14 — согласно.

Это приводит к включению диода 9 противоположного плеча инвертора (фиг. 2, ток I>, время t,— t, ) и перезаряд конденсатора контура 5 происходит в начале через диод 9, а затем через тиристор 6 (фиг. 2, ток 1,, время t, — 1,). После того, как на конденсаторе контура 5 происходит смена знака напряжения, ток через тиристор 6 начинает спадать, в секции 13 полярность напряжения также меняет знак, что приводит к включению . дополнительного, диода 11 (фиг. 2, 1,, время (— t„) и полному перезаряду контура 5.

Аналогичные процессы происходят при включении тиристора 8.

Таким образом, излишки энергии, запасенные при перемагничивании в выходном трансформаторе 12, постоянно контролируются диодами 7, 9 — 11, образующими мост сброса реактивной энергии. В начале коммутационного периода включаются диоды 7 и 9, а в конце — диоды 10 и 11, стабилизируя, тем самым, напряжение на обмотках выходного трансформатора (фиг. 2, напряжение

11„) .

Тиристоры 6 и 8 имеют подготовительный период перед включением, когда амплитуда и скорость нарастания тока незначительны (время t,— t, ) . .Это благоприятно сказывается на коммутационной устойчивости тиристоров и приводит к значительному снижению их динамических потерь.

В режиме горения сварочной дуги электромагнитные процессы в схеме аналогичны электромагнитным процессам на Х.Х. Отличие заключается в уменьшении амплитуды токов в схеме инвертора, что связано с увеличением коэффициента затухания, вызванного наличием сопротивления нагрузки.

Включение тиристорного однополупериодного выпрямителя происходит синхронно с включением тиристоров 6 и 8 (фиг. 3, ток I )..

В режиме КЗ нагрузки индуктивность намагничивания выходного трансформатора

12 оказывается зашунтированной. В последовательную цепь колебательного контура 5 включаются индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, которые значительно меньше индуктивности контура 5, в которой и накапливаются основные излишки реактивной энергии. Это приводит к тому, что диоды 7 и 9 не включаются в начальный момент коммутации тиристоров 6 и 8. Сброс реактивной энергии происходит в основном через дополнительные диоды 10 и 11 (фиг. 3, токи I,, I,„) . Режим КЗ нагрузки характеризуется минимальным коэффициентом затухания и является наиболее благоприятным для работы инвертора.

При прохождении тока через тиристоры 6 и 8 в первичной обмотке появляется постоянная составляющая этого тока, которая вызывает подмагничивание сердечника 16 вы1400815

3 ходного трансформатора 12, а это ведет к увеличению его габаритной мощности. Поэтому для компенсации этой постоянной составляющей выходной выпрямитель выполнен тиристорным, однополупериодным, включение которого происходит синхронно с включением тиристоров 6 и 8. Для уменьшения коммутационных перенапряжений на тиристоре выпрямителя 17, вызванных индуктивностью выходного кабеля, установлен обратный диод 19.

С целью уменьшения массы и габаритов, а также индуктивности рассеяния обмоток выходной трансформатор 12 выполнен в виде воздушного, причем секции 13 и 14 первичной обмотки изготовлены из медной 15 фольги, а вторичная обмотка — из композиционной фольги, где часть сечения выполнена из меди, а другая часть, т. е. сердечник 16 выполнена из ферромагнитного материала. Конструктивно обмотки трансформатора свернуты в рулон с минимальным расстоянием между ними — на толщину диэлектрика, обеспечивающим необходимую электропрочность при рабочем положении.

Предлагаемая конструкция воздушного трансформатора позволяет реализовать его преимущества в диапазонах частот от 5 кГц и выше.

Сравнительный анализ проводят с макетом сварочного источника питания, выполненного по известной схеме, с выходным трансформатором, выполненным на ферритовых сердечниках, где параметры источника следующие: выходной ток 315 А и частота инвертирования 18 кГц. Известный инвертор состоит из четырех тиристоров типа

ТЧ-125-!О и двух диодов типа ВЧ-160-10, 35 выходной выпрямитель из 12 диодов типа

ВЧ-200-10, по три диода в плече моста, вес трансформатора составляет 24 кг. Регулирование сварочного тока производят частотным способом. При снижении частоты инвертирования наблюдается высокий уровень звучания дуги, что вызывает необходимость установки дополнительного высокочастотного фильтра.

Предлагаемое устройство содержит в инверторе два тиристора ТЧ-125-10, четыре 45 диода ВЧ-160-10, выходной выпрямитель состоит из шести тиристоров ТЧ-125-10 и трех диодов типа ВЧ-200, включенных параллельно. Вес трансформатора составляет 16 кг.

Регулирование сварочного тока осуществляется на фиксированной частоте 18 кГц при помощи тиристорного однополупериодного выпрямителя. Высокочастотного звучания дуги не прослушивается.

Снижение коммутационн гх потерь в тиристорах позволяет поднять КПД источника в среднем на 8 /р.

Форлгула изобретения

1. Устройство для электродуговой сварки, содержащее входной выпрямитель, фильтр, полумостовой инвертор с обратными диодами, выходной трансформатор с разделенной на две секции первичной обмоткой, концы которой включены последовательно с тиристорно-диодными парами инвертора, а к вторичной обмотке подключен выходной выпрямитель и нагрузка в виде сварочной дуги, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, к общим точкам соединения концов первичной обмотки выходного трансформатора и тиристорно-диодных пар подключены дополнительные диоды, образующие с обратными диодами тиристорно-диодных пар мост, диагональ постоянного тока которого подключена в обратном направлении к соответствующим положительному и отрицательному зажимам фильтра, а в диагональ переменного тока включены концы первичной обмотки выходного трансформа тора, причем средняя точка первичной обмотки через последовательный коммутирующий LC-контур соединена с общей точкой разделенного на две части конденсатора фильтра.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной выпрямитель выполнен тиристорным, однополупериодным, а параллельно нагрузке подключен обратный диод.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной трансформатор выполнен в виде воздушного, причем первичная и вторичная обмотки располагаются на минимальном расстоянии одна относительно другой, на толщину диэлектрика, а обмотки выполнены из фольги, скрученной в рулон, первичная обмотка изготавливается из медной фольги, а вторичная — из композиционной фольги, где часть сечения композиционной фольги выполняется из меди, а другая часть — из ферромагни1ного материала.

1400815

Фиг.3

Фиг.//

Составитель В. Пучинский

Редактор М. Бланар Техред И. Верес Корректор A. Зимокосов

Заказ 2525/15 Тираж 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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