Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током. Цель изобретения - повышение надежности работы сварочного источника питания. Инверторный источник содержит последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель сетевого трехфазного напряжения, фильтр и последовательный тиристорный мостовой резонансный инвертор с системой управления. В диагональ переменного тока инвертора последовательно с коммутирующим колебательным контуром включена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель соединена с балластным резистором, с батареей конденсаторов и через фильтр-реактор - с нагрузкой. Выходное напряжение сварочного источника при холостом ходе имеет низкочастотную переменную составляющую. Инвертор в источнике питания при сварке работает с паузами между соседними колебательными циклами, что повышает надежность его в работе. Сварочный источник питания обладает стабильными выходными параметрами, не зависящими от параметров нагрузки. Это облегчает его эксплуатацию с минимальным расходом электроэнергии в режиме холостого хода. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Н) (АЙ(1 4 В 23 K 9/00, 9/)О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! (21) 4327482/24-27 (22) 19.10.87 (46) 30.06.89. Бюл. )(- 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский ннтв ститут технологии электрических машин малой мощности и Московский энергетический институт (72) Н.Н.Богданов и Т.И.Квезерели (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1252097, кл. В 23 К 9/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1260131, кл. В 23 К 9/IO, 1985. (54) ИНВЕРТОРНЬЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО

ТОКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным то. ком. Цель изобретения — повьппение надежности работы сварочного источника питания. Инверторный источник содержит последовательно соединенные выСоИзобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразрвателям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током.

Целью изобретения является повьппение надежности сварочного источника питания эа счет обеспечения работы инвертора в режиме прерывистого тока

2 ковольтньп» выпрямитель сетевого трехфазного напряжения, фильтр и последовательный тиристорный мостовой резонансньш инвертор с системой управ-.. ления. В диагональ переменного тока инвертора последовательно с коммутирующим колебательным контуром включена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель соединена с балластным резистором, с батареей конденсаторов и через фильтр-реактор— с нагрузкой. Выходное напряжение сварочного источника при холостом ходе имеет низкочастотную переменную составляющую. Инвертор в источнике питания при сварке работает с паузами между соседними колебательными циклами, что повышает надежность его в работе. Сварочный источник питания обладает стабильными выходными параметрами, не зависящими от параметров нагрузки. Это облегчает .его эксплуатацию с минимальным расходом электроэнергии в режиме холостого хода.

2 ил. при повьппенной частоте преобразования, На фиг.1 изображена структурная схема инверторного источника постоянного тока для дуговой сварки; на фиг.2 — временные диаграммы токов и напряжений на элементах силовой цепи и схемы управления.

Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки содержит по1489934

„4 следов ательно соединенные высоковоль-. тный выпрямитель 1 сетевого трехфазного напряжения, фильтр 2 и последовательный тиристорный мостовой резонансный инвертор 3, составленный из тиристоров 4-7 и обратных диодов 811. В диагональ переменного тока инвертора 3 последовательно с коммутирующим колебательным контуром 12 10 включена первичная обмотка трансформатора 13, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель 14 соединена с балластным резистором 15, батареей конденсаторов 16, входами электронных реле 17,и 18 напряжения и через фильтр 19, представляющий собой реактор, с нагрузкой 20. Между катодами тиристоров 6 и 7 и отрицательной шиной питания инвертора 3 20 раздельно включены электронные реле

21 и 22 тока, выходы которых присоединены к входам схемы ИЛИ 23 и соответственно к S- u R-входам RS-триггера 24, О- и Q-выходы которого че- 25 рез свои формирователи 25 и 26 задержанного импульса подключены к первым входам схем.И 27 и 28, а выходы последних через соответствующие усилители 29 и 30 импульсов .подключены к 30 управляющим электродам тиристоров

7 и 5, 6 соответственно. Прямой выход электронного реле 17 напряжения и инверсный выход электронного реле

18 напряжения подключены соответственно к S- и Р-входам RS-триггера 31, p выход Q которого, в свою очередь, подсоединен к первому входу схемы

ИЛИ 32, а инверсный выход последней через формирователь 33 импульсов сое- 4< динен с вторыми входами схем И 27 и

28, к третьим входам которых и входу .. формирователя 34 импульсов подключено своим выходом пусковое устройство 35, 45

Инверсный выход. схемы ИЛИ 23 подключен к первому запускающему входу одновибратора 36, к второму управляющему входу которого подсоединен своим выходом источник 37 опорного напряжения, При этом выход одновибра50 тора 36 соединен с вторым входом схемы ИЛИ 32, к третьему входу которой прдключен выход формирователя 34 импульсов.

На диаграмме 38 (фиг.2) представI лено изменение тока первичной обмотки трансформатора 13, на диаграммах

39 и 40 — напряжения на выходах электронных реле тока 21 и 22 соответственно, на диаграмме 41 — напряжение на выходе триггера 24, на диаграммах

42 и 43 — напряжения на выходах формирователей 25 и 26,. задержанного импульса соответственно, на диаграмме

"44 — напряжение на выходе схемы ИЛИ

23, на диаграмме 45 — напряжение на выходе одновибратора 36, на диаграмме 46 — импульсы на выходе формирователя 33 импульсов, на диаграмме

47 — напряжение на выходе сварочного источника при холостом ходе.

Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки, работает следующим образом. . При подключении источника к сети появляется напряжение питания системы управления (источник питания не показан). В исходном состоянии пусковым устройством 35 вырабатывается сигнал "0", которым запрещается прохождение через схемы И 27 и 28 имгульсов управления. На выходе источника 37.опорного напряжения, вручную или автоматически устанавливается напряжение, максимальному значению ко— торого соответствует максимальный ток сварки и минимальное время продолжительности импульса, генерируемого од— новибратором 36, равное половине пе-. риода резонансной частоты колебательного контура инвертора 3

Так как на зажимах батарей конден,саторов 16 напряжение отсутствует, то на выходе электронного реле 17 напряжения присутствует сигнал 0", а на инверсном выходе электронного реле 18 напряжения — сигнал "1", благодаря чему происходят сброс RS — триггера 31.

RS-триггер 24 может находиться в любом состоянии. Если, например на выходе Q присутствует сигнал "1", то он через формирователь 25 задержанного импульса поступает на первый вход схемы И 27.

При ручном или автоматическом пуске на выходе пускового устройства 35 появляется сигнал "I под воз— действием которого формирователем 34 импульсов формируется положительный импульс определенной длительности.

При прохождении этого импульса через схему HJIH 32 на ее инверсном выходе и, следовательно, на входе формирователя 33 импульсов появляется сигнал

"0", а в конце импульса — "1", при котором последним на своем выходе

5 14899 формируется положительный игольчатый импульс, который через схему И 27 и усилитель 29 импульсов подается на управляющие электроды тиристоров 4 и 7, отпирая их.

По электронному реле 22 тока начинает протекать возрастающий ток полуволны синусоиды коммутирующего колебательного контура 12. В связи с тем, 10 что поток рассеяния трансформатора 13 минимален, а емкость батарей конденсаторов намного больше емкости конденсатора коммутирующего колебательного контура 12, практически колебательный процесс определяется только параметрами этого колебательного контура, При достижении полуволной тока порога срабатывания электронного реле 20

22 тока на его выходе появляется сигнал "1" (фиг.2), которым через R-вход изменяется состояния RS-триггера 24.

С выхода Q последнего сигнал "1" через формирователь 26 задержанного им- 25 пульса с задержкой переднего фронта подается на первый вход схемы И 28, причем время задержки больше длительности игольчатого импульса на выходе формирователя 33 импульсов, но мень- 30 ше периода резонансной частоты инвертора. При этом сигнал "0" с выхода Q

RS-триггера 24 через формирователь 25 задержанного импульса без задержки подается на первый вход схемы И 27, а с инверсного выхода схемы ИЛИ 23 на з апускающий вход одновибр атор а 36 подается сигнал "0", подготавливающий его работу.

Далее за счет колебательного про- 4р цесса ток в коммутирующем колебательном контуре 12, достигнув максимума, спадает к нулю, по сле чего включаются обратные диоды 8 и 11, На выходе электронного реле 22 тока появляется 45 сигнал "0, вследствие чего с инверсного выхода схемы ИЛИ 23 на управляющий вход одновибратора 36 подается сигнал "1", генерируя на своем выходе положительный импульс. При прохожде- 50 нии этого импульса через схему ИЛИ 32 на ее инверсном выходе.и, следователь10 но, на входе формирователя 33 импульсов появляется сигнал "0", а в конце импульса — "1", при котором последний на своем выходе формирует положительный игольчатый импульс, который через схему И 28 и усилитель 30 импульсов подается на управляющие

34

6 электроды тнристоров 5 и 6, TpM самым отпирая их. Процессы в схеме повторяются в той же последовательности, как и ранее, с той лишь разницей, что в работе теперь участвует электронное реле 21 тока, возвращающее

RS-триггер 24 в исходное состояние, при этом задержка переднего фронта сигнапа "1" с выхода Q последнего осуществляется формирователем 25 задержанного импульса, а в конце полупериода колебательного процесса включаются обратные диоды.9 и 10. Таким образом инвертор 3 работает при постоянной частоте преобразования.

Гс1сле нескольких циклов рассмотренного автоколебательного процесса по мере заряда напряжение на батарее конденсаторов 16 возрастает до уровня зажигания дуги на нагрузке 20, и если при этом дуговой промежуток ионизирован, например, осциллятором (не показан), то дуга зажигается и по цепи нагрузки через фильтр-реактор 19 протекает ток сварки, вследствие чего дальнейший разряд конденсаторной батареи 16 прекращается.

Величина тока сварки. определяется средним током на выходе низковольтного выпрямителя 14, который, в свою очередь, зависит от продолжительности паузы t между двумя соседними ко( лебательными циклами коммутирующего колебательного контура 12 (фиг ° 2) .

Величина паузы определяется длительностью импульса, генерируемого одновибратором 36, и может колебаться от нуля до максимального значения, которому соответствует минимальный сварочный ток.

Если в процессе заряда конденсаторных батарей 16 сварочная дуга на нагрузке 20 не зажигается, то процесс заряда продолжается до напряжения холостого хода и устройство вводится в режим холостого хода, при котором срабатывают электронные реле

17 и 18 напряжения. Уровень срабатывания первого из них соответствует тому максимальному значению напряжения заряда конденсаторных батарей

l6 при котором обратные диоды 8, 11 или 9, 10 еще включаются, а уровень срабатывания второго меньше этого значения минимум на величину приращения напряжения на батарее конденсаторов 16 при одном колебательном

i489934 цикле коммутируюшего колебательного контура 12.

При ср аб атыв анни электронно го реле

18 напряжения с его инверсного вь хода на R-вход RS-триг гер а 31 подается

5 сигнал "0", а минимум через одик колебательный цикл инвертора 3 срабатывает электронное реле 17 напряжения и появившийся сигнал . 1 на его выхо-10 де через S-вход изменяет состояние

RS-триггера 31, при котором на его выходе Q появляется сигнал "1", который подается на первый вход схемы

ИЛИ 32, тем самым блокируя прохождение через него импульса, генерируемого одновибратором 36. С этого момента на входе формирователя 33 импульсов постоянно присутствует сигнал

"0" в связи с чем процесс автогенерации инвертора 3 на высокой частоте прерывается. При этом батарея конденсаторов 16 разряжается на балластном резисторе 15, вследствие чего отключается электронное реле 17 напряжения, а через промежуток времени t<— электронное реле 18, причем t- )с, .

На инверсном выходе электронного реле 18 напряжения появляется сигнал

"1", который через R-вход сбрасыва-" ет RS-триггер 31, при этом сигнал 0 . Зо с выхода Q последнего через схему

ИЛИ 32 инвертируется и в виде сигнала "1" подается на вход формирователя 33 импульсов. На выходе последнего формируется игольчатый импульс, который в зависимости от состояния

KS-триггера 24 через схему И 27 или

И 28 открывает очередную пару тиристоров инвертора 3. Таким образом, с 40 происходит подзаряд батарей,конденсаторов 16, в процессе которого опять срабатывает электронное реле 18 напряжения и затем электронное реле 17 и процес сы в схеме повторяют ся в описанной выше последовательности. Выходное напряжение сварочного источника при холостом ходе имеет низкочастотную переменную составляющую в форме обратной. пилы (фиг.2). В этом режиме при возбуждении сварочной дуги напряжение на батарее конденсаторов 16 резко падает, электронные реле 17 и 18 напряжения отключаются и инвертор 3 автоматически переходит на высокочастотный режим работы источника тока.

При ручном или автоматическом выключении на выходе пускового устройства 35 появляется сигнал "0", запрещающий прохождение управляющих импульсов через схемы И 2 7 и 28, в связи .с чем работа инвертора 3 перерывается, накопленная энергия в батарее конденсаторов 16 разряжается через балластный резистор 15 и схема приходит в исходное состояние.

По сравнению с прототипом предлагаемый источник постоянного тока для дуговой сварки характеризуется повышенной надежностью, а именно более стабильными выходными параметрами, не зависящими от параметров нагрузки, что облегчает его эксплуатацию, минимальным расходом электроэнергии в режиме холостого хода, что повышает его экономичность, более высокой частотой работы инвертора, что обеспечивает

его меньшие габаритные размеры, вес и низкую себестоимость., Кроме того, при высоких частотах преобразования сердечник понижающего трансформатора инвертора вместо дорогостоящей тонко- листовой электротехнической стали можно. изготовить из дешевых твердых ферритов. Такой трансформатор позволяет резко снизить потери энергии в сердечнике на вихревые токи и предотвратить его разогрев.

Формула изобретения

Инверторный источник постоянного тока для дуго вой св арки, содержащий последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель, первый фильтр и последовательный тиристорный резонансный инвертор, а также трансформатор, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель и второй фильтр соединена с нагрузкой, систему управления инвертором, содержащую два RS-триггера, источник опорного напряжения, пусковое устройство, две схемы И, две схемы ИЛИ и два усилителя импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности работы источника, он снабжен батареей конденсаторов и бал— ластным резистором, а система управления инвертором снабжена двумя электронными реле напряжения, двумя формирователями импульсов, одновибратором, двумя формирователями задержанного импульса и двумя электронными реле тока, при этом второй фильтр представляет собой реактор, последоl489934 вательный тиристорный резонансный ин— вертор мостового типа, в диагональ переменного тока которого последовательно с коммутирующим колебательным контуром включена первичная обмотка трансформатора, причем каждое электронное реле тока включено последова— тельно между катодом соответствующего тиристора мостового инвертора и

его отрицательной шиной питания, а выход каждого электронного реле тока подключен соответственно к первому и второму входам первой схемы ИЛИ и

S- u R. — âõîäàì первого RS — триггера, Q u Q выходы которого через свои первый и второй формирователи задержанного импульса подключены соответственно к первым входам первой и второй схем И, выходы каждой из которых 2О через свои первый и второй усилители импульсов подключены к соответствующим управляющим электродам тиристоров инвертора, при этом к выходу низковольтного выпрямителя параллельно подключены балластный резистор и батарея конденсаторов, а также входы первого и второго .электронных реле напряжения, выходы которых, прямой первого и инверсный второго, подсоединены соответственно к S- u R-входам второго RS-триггера, выход которого, в свою очередь, подключен к первому входу второй схемы ИЛИ, а инверсный выход последней через первый формирователь импульсов присоединен к вторым входам первой и второй схем И, к третьим входам которых и входу второго формирователя импульсов подключено своим выходом пусковое б устройство, при этом инверсный выход первой схемы ИЛИ подключен к первому, . запускающему> входу одновибратора, к второму, управляющему, входу которого подсоединен своим выходом источник опорного напряжения, а выход одновибратора соединен с вторым входом второй схемы ИЛИ, к третьему вхо ду которой подключен выход второго формирователя импуль сов .

1489934

Составитель В.Пучинский

Техред Л. Сердюкова Корректор В. Гирняк

Редактор А. Лежнина

Заказ 3621/18 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101