Инверторный сварочный источник

 

Изобретение относится к сварке, конкретно к сварочным источникам питания инверторного типа. Цель изобретения - повышение надежности сварочного источника. Сварочный источник содержит автономный инвертор со встречно-параллельно соединенными управляемым и неуправляемым вентилями, колебательный контур из конденсатора и сварочного трансформатора, реактор большой индуктивности, выпрямитель на тиристоре, фильтрующий конденсатор и блок отпирания управляемого вентиля, управляемый функциональным генератором. Выпрямителем управляет формирователь импульсов, содержащий трехобмоточный импульсный трансформатор. Цепь рекуперации, состоящая из конденсатора, диода и разрядной цепи на диоде и резисторе, задает скорость нарастания напряжения на вентилях и регламентирует скорость и начальную величину тока открытия управляемого вентиля. Обратные связи между колебательным контуром и выпрямителем через формирователь, а также между цепью нагрузки и управляемым вентилем через функциональный генератор и блок отпирания обеспечивают ограничение тока включения источника. Во время пауз уменьшается потребление электроэнергии и облегчается работа элементов схемы, что повышает надежность сварочного источника. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 9 00 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4407955j23-27 . (22) 12. 04.88 (46) 15.02.90. Бюл. № 6 (71) Ленинградское проектно-экспериментальное отделение Всесоюзного государственного научно-исследовательского и проектного института «ВНИИПроектэлектромонтаж» (72) Г. M. Рубашов и Г. Н. Ефремов (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1252037, кл. В 23 К 9/00, 1986.

Кощеев Л. Г. Преобразователи повышенной частоты для индукционного нагрева.— Электротехника, 1970, № 12, с. 23 — 25. (54) ИНВЕРТОРНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ИСТОЧНИКК (57) Изобретение относится к сварке, конкретно к сварочным источникам питания инверторного типа. Цель изобретения повышение надежности сварочного источника. Сварочный источник содержит авто, омный инвертор со встречно-параллельно соединенными управляемым и неуправляемым

Изобретение относится к сварке, конкретно к источникам питания сварочной дуги инверторного типа, и может быть использовано в машиностроении, при проведении монтажных работ и в других случаях.

Цель изобретения — повышение надежности работы сварочного источника.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема сварочного источника; на фиг. 2— принципиальная схема формирователя; на

2 фиг. 3 — принципиальная схема функционального генератора; на фиг. 4 — принципиальная схема блока отпирания управляемого вентиля; на фиг. 5 — графики форми„„SU„„1542722 А 1 вентилями, колебательный контур из конденсатора и сварочного трансформатора, реактор большой индуктивности, выпрямитель на тиристоре, фильтрующий конденсатор и блок отпирания управляемого вентиля, упра вл яе мы и функциональны м генератором.

Выпрямителем управляет формирователь импульсов, содержащий трехобмоточный импульсный трансформатор. Цепь рекуперации, состоящая из конденсатора, диода и разрядной цепи на диоде и резисторе, задает скорость нарастания напряжения на вентилях и регламентирует скорость и начальную величину тока открытия управляемого вентиля. Обратные связи между колебательным контуром и выпрямителем через формирователь, а также между цепью нагрузки и управляемым вентилем через функциональный генератор и блок отпирания обеспечивает ограничение тока включения источника. Во время пауз уменьшается потребление электроэнергии и облегчается работа элементов схемы, что повышает надежность сварочного источника. 1 з. и. ф-лы, 8 ил. рования управляющих импульсов для выпрямителя на тиристоре; на фиг. 6 — графики напряжений и токов цепи рекуперации; на фиг. 7 — графики работы функционального генератора; на фиг. 8 — принципиальная схема выпрямителей с формирователями при питании сварочного источника от однофазной и трехфазной сетей при двухполупериодном выпрямлении тока.

Сварочный источник (фиг. 1) содержит выпрямитель 1 на тиристоре, подключенный к фазе питающей сети с входом 2 формирователя 3. Формирователь 3 импульсами тока на выходе 4 управляет выпрямителем 1, который соединен с фильтрующим

1542722

40 конденсатором 5 и соединен через реактор 6 большой индуктивности с автономным инвертором, содержащим управляемый и неуправляемый вентили 7 и 8, колебательный контур из конденсатора 9 и сварочного трансформатора 10. Импульсы тока инвертора подаются на входы 11 и 12 формирователя 3, подключенного общим выводом 13 к выходу выпрямителя 1.

Llenb рекуперации, состоящая из конденсатора 14, диода 15 рекуперации, разрядной цепи на диоде !6 и резисторе 17. обеспечивает возврат энергии импульсов тока переходных процессов в фильтрующи и конденсатор 5, задает скорость нарастания напряжения на вентилях 7 и 8 и регламентирует скорость нарастания и начальную величину тока открытия управляемого вентиля 7.

Блок 18 отпирания управляемого вентиля выходом 19 подключен к управляемо»у вентилю 7, а через диод 20 входом 21 подключен к аноду неуправляемого вентиля 8. Блок 18 по входу 22 управляется функциональным генератором 23 через

его выход 24. Функциональный генератор 23 по входу 25 запитан от выпрямителя 1, а по входам 26 и 27 — от нагрузочной цепи вторичной обмотки сварочного трансформатора 10. Импульсы тока вторичной обмотки сварочного трансформатора 10 выпрямляются силовыми диодами 28, 29 и поступают в нагрузку 30. Блок 18 и функциональный генератор 23 общими выводами 31 и 32 соответственно подключены к общей шине 33 сварочного источника.

Схема (фиг. 2) формирователя 3 содержит трехобмоточный импульсный транс( форматор 34, который вторичными обмотками через функциональные диоды 35 — 38, ограничительный резистор 39 и выпрямительный диод 40 импульсами тока управляет по выходу 4 относительно общего вывода 13 выпрямителем 1. Конденсатор 4! подавляет помеху по входу 2 при включении сварочного источника в сеть. Резистор

42 повышает помехоустойчивость выпрямителя 1 на тиристоре. Первичная обмотка трансформатора 34 по входам 12 и 11 взаимодействует со схемой инверторного сварочного источника.

Схема (фиг. 3) функционального генератора включает: подключенный к входу 25 питающий резистор 43, параметрический стабилизатор на диодах 44 и 45, компаратор 46 задержки включения блока 18 отпирания управляемого вентиля. Время задержки определяется зарядной цепью из резистора 47 и конденсатора 48. Разрядный диод 49 обеспечивает быстрый разряд конденсатора 48 после выключения сварочного источника. Выход компаратора 46 соединен с регулятором 50 рабочей частоты инвертора.

Резистор 51 ограничивает максимальную рабочую частоту инвертора. Компаратор 52 по сигналам с входов 26, 27 через трансформатор 53 впрямитель на диоде 54, резисторе 55 и конденсаторе 56 осуществляет коммутацию среднего вывода регулятора 50, создавая на выходе 24 относительно общего вывода 32 режимы рабочего или холостого ходов сварочного источника.

Схема (фиг. 4) блока 18 отпирания управляемого вентиля содержит конденсатор 57 релаксации, динистор 58, дроссель 59, диод 60. Длительность импульса управления на выходе 19 относительно общего вывода 31 определяется параметрами контура из дросселя 59 и конденсатора 57, а наличие импульса -- напряжением на конденсаторе 57, величина которого обеспечивает срабатывание динистора 58.

На фиг. 8 показаны принципиальные схемы выпрямителей с формирователями при питании сварочного источника от однофазной и трехфазной сетей при двухполупериодном выпрямлении.

Как видно из схем, каждая содержит формирователь, число звеньев которого соответствует числу примененных тиристорных выпрямителей при одной первичной обмотке импульсного трансформатора.

Сварочный источник работает следующим образом.

Полуволны напряжения сети положительного знака поступают на вход 2 (фиг. 1) формирователя 3 через диод 40 (фиг. 2), резистор 39, вторичные обмотки трансформатора 34, разделенные диодом 35, к выводу 13 и конденсатору 5 (фиг. 1). Конденсатор 5 заряжается током с возрастанием напряжения по экспоненте с т -г=С вЂ” Кзя.

Тиристор 1 в это время закрыт, так как его управляющий электрод подключен к точке а (фиг. 2) через два диода 37 и 38, а величина напряжения в этой точке определяется только диодом 35 относительно общего вывода 13 (индуктивность обмоток трансформатора 34 равна нулю, так как они идентичны по характеристике и включены встречно для проходящего зарядного тока).

Одновременно с зарядом конденсатора 5 (фиг. 1) заряжается конденсатор 9 инвертора через реактор 6 большой индуктивности, первичную обмотку трансформатора 34 (фиг. 2) и обмотку сварочного трансформатора 10 (фиг. 1). Кроме того, через ограничительный резистор 43 (фиг. 3) диодами 44, 45 включается питание компараторов 46 и 52, которые устанавливаются в выключенное состояние, так как напряжение на их неинвертирующих входах выше, чем на инвертирующих. Когда конденсатор 48 зарядится через резистор 47 до напряжения, превышающего напряжение на неинвертирующем входе компаратора 46, последний включит питание регулятора 50 с последовательно соединенным резистором 51. Ток в этой цепи включит блок 18

1542722 (фиг. 1) отпирания управляемого вентиля 7, а так как выбрано соотношение т-Р=С 8 Ри ))т-v=С=. R g, то включение блока 18 произойдет при установившемся рабочем напряжении конденсагора 5.

Таким образом, предлагаемая схема обеспечивает за счет ограничения тока включения сварочного источника большую надежность работы элементов выпрямителя. Кроме того, за счет формирования компаратором 46 времени задержки ta (фиг. 5) исключается необратимое включение вентиля 7 из-за недостаточности тока т (фиг. 6) возврата через вентиль 8, приводящее к закорачиванию сетевого выпрямителя.

Ток, протекая через регулятор 50, средний движок которого разомкнут компаратором 52 (на входах 26, 27 трансформатора 53, нет импульсов сварочного тока), и резистор 51, поступает на вход 22 блока 18. При запертом состоянии диода 20 ма входе 21 в блоке 18 заряжается конденсатор 57. Когда напряжение на нем превысит напряжение срабатывания динистора 58, происходит разряд этой емкости через дроссель 59. Положительной полуволной разрядного тока запускается управляемый вентиль 7 (фиг. 1), а отрицательной — закрытие динистора 58 через диод 60 для следующего цикла управления.

Включенный вентиль 7 производит разряд конденсатора 9 через трансформаторы 34 (фиг. 2) и 10 (фиг. 1), создавая волну сварочного тока.

На началах вторичных обмоток трансформатора 34 (фиг. 2) появляются положительные напряжения. На фиг. 5 показано формирование импульсов открытия выпрямителя 1. Благодаря обратному смещению диода 35 относительно общего вывода 13 напряжение U< получается сложением 11сети и UT34. В момент, когда Ua будет больше Ucc. через диоды 37, 38 по выходу 4 включается тиристор 1 (фиг. 1). Происходит подзаряд конденсатора 5 с углом отсечки 0 заряда в зависимости от глубины его разряда в данный момент.

При отрицательной полуволне напряжения сети выпрямитель 1 запирается и включается опять при положительной полуволне напряжения сети и наличии импульсов рабочего тока на входах 11, 12 формирователя 3. Кроме того, при отрицательной полуволне напряжения сети на входе 2 формирователя 3 положительные импульсы вторичных обмоток трансформатора 34 не проходят на уйравляющий электрод выпрямителя 1, так как они отключаются диодами 35 и 40.

Следовательно, включение выпрямителя 1 в сеть происходит только при наличии

55 динамики в работе инвертора, а положительные импульсы управления выпрямителем 1 вырабатывается только при положительной полуволне сетевого напряжения на аноде выпрямителя. Это повышает надежность работы сварочного источника, так как исключаются выходы из строя элементов конструкции при сбоях работы блока 18, например от помех и возможных кратковременных «провалов» напряжения питающей сети.

На фиг. 6 показана динамика работы схемы рекуперации.

Напряжение Uz, формируемое напряжением на конденсаторе 5 и динамическим напряжением, создаваемым реактором б большой индуктивности, после отпирания вентиля 7 снижается, а конденсатор 14 разряжается через вентиль 7, резистор 17, диод 16, обеспечивая необходимую крутизну фронта и величину пускового тока т-, вентиля 7, т. е. его надежное включение.

После протекания рабочих токов i-„4 вентилей 7 и 8 соответственно происходит закрытие вентиля 7. Во время протекания этих токов диодом 20 блокируется зарядная цепь конденсатора 57 (фиг. 4), так как крутизна разрыва цепи рабочего тока большая (прерывается ток реактора 6, не показанный на графике), на индуктивности рассеивания сварочного трансформатора могло бы возникнуть высокое напряжение (показано пунктиром в напряжении U-,). Благодаря цепи из конденсатора 14 и диода 15 энергия переходного процесса (ток i q) рекуперируется в конденсатор 5.

Положительное значение напряжения Ua (фиг. 6) фиксируется через диод 15 напряжением конденсатора 5.

Таким образом, цепь рекуперации обеспечивает надежный режим работы элементов сварочного источника.

После появления напряжения Us (фиг. 7), включаемого компаратором 46, начинают работать блок 18 управления и схема инвертора. обеспечивая протекание через первичную обмотку сварочного трансформаторного тока isa < Если нагрузки нет, как было сказано, компаратор 52 выключен, регулятор 50 имеет максимальную величину сопротивления Я „,>обеспечивает максимальную длительность заряда конденсатора 57 (фиг. 4), следовательно, инвертор работает в режиме холостого хода на минимальной частоте. Это обеспечивает потребление сварочным источником от сети минимальной мощности, так как с ростом частоты инвертора на холостом ходу растет мощность потерь, бесполезно нагреваюшая конструкцию сварочного источника.

При сварке появляются импульсы тока

i« >, Они проходят через первичную обмотку трансформатора 53. Вторичная обмотка этого трансформатора нагружена на выпрямитель-диод 54, резистор 55, конденсатор 56, которые подключены к инвертируюшему Вхо1542722 ду компаратора 52. Этот компаратор выключается, изменяя скачком сопротивление регулятора 50 в соответствии с начальной его установкой, характеризующей величину задаваемого (по градуировке) свароч- 5 ного тока источника. Общее сопротивление зарядной цепи Rs 1умень:пается, и инвертор работает в режиме нагрузки на новой частоте. При снятии нагрузки, сварочный источник возвращается в режим холостого хода.

Б предложенном. источнике во время пауз облегчается работа элементов и уменьшается потребление электроэнергии до значения, необходимого для работы схемы управления, что обеспечивает более высокую l5 надежность по сравнению с прототипом.

Формула изобретения !. Инверторный сварочный источник, 20 содержащий автономныи инвертор со встречно-параллельно соединенными управляемым и неуправляемым вентилями, колебательный контур, включающий конде нсатор и сварочный трансформатор, реактор большой индуктивности, выпрямитель с фильтрующим 25 конденсатором, блок отпирания управляемого вентиля, от,гичающийея тем, что, с целью повышения надежности источника, в него введены формирователь импульсов и функциональный генератор, а также цепь рекуперации, состоящая из конденсатора, двух диодов и ограничительного резистора, при этом анод выпрямителя на тиристоре подключен к фазе питающей сети и первому входу формирователя, а катод — к плюсовой обкладке фильтрующего конденсатора, соединенного также с общим выводом формирователя, первым входом функционального генератора, первым выводом реактора большой индуктивности и катодом диода рекуперации, анод которого подключен через диод, включенный а обратном направле- д0 нии последовательно с ограничительным резистором, к обшей шине, а через конденсатор рекуперации — к второму выводу реактора большой индуктивности, через дио.Iсвязи,,вк;люченный в обратном направлении — к первому входу блока отпирания управляемого вентиля, катоду неуправляемого и аноду управляемого вентилей, второму входу формирователя, выходом соединенного с управлян>щим электродом выпрямителя на тиристоре, а третьим входом через конденсатор колебательного контура и последовательно соединенную первичную обмотку сварочного трансформатора— с общей шиной, к которой также подключены анод неуправляемого и катод управляемого вентилей, общие выводы блока отпирания управляемого вентиля и функционального генератора, минусовая обкладка фильтрующего конденсатора и вывод выпрямителя, причем вторичная обмотка сварочного трансформатора, средним отводом подключенная к нагрузке, одним концом соединена с вторым входом функционального генератора, а другим концом — с катодом диода, анод которого подключен к нагрузке и аноду другого силового диода, катодом соединенного с третьим входом функционального генератора, который своим выходом подключен к второму входу блока отпирания управляемого вентиля, выходом соединенного с управляющим электродом управляемого вентиля.

2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что формирователь импульсов содержит трехобмоточный трансформатор, при этом первичная обмотка трансформатора подключена началом к второму, а концом— к третьему входам формирователя, первая вторичная обмотка трансформатора концом подключена к общему выводу формирователя, первому выводу конденсатора и через стаоилизируюший резистор — к выходу формирователя и к цепи из параллельно соединенного диода, включенного в прямом направлении, и двух последовательно соединенных диодов, включенных в обратном направлении, другой конец цепи из параллельно соединенных диодов подключен к второму выводу конденсатора, аноду разделительного диода, катодом соединенного с началом первой вторичной обмотки трансформатора и началом второй обмотки трансформатора, конец которой через последовательно соединенные ограничительный резистор и выпрямительный диод, включенный в обратном направлении, соединен с первым входом формирователя.!

542722

1542722

1542722

Фиг. 7

1542722

I p

1 !

1 ! (1

) р -+ !

1/ (tz (1 !

1

Сост авиз ель В. (мч инсKHH

Редактор И. Кслемегн Тех реп И. Верее Корректор М. Пожо

Заказ 367 Т» раж 659 Подписное

ВНИИПИ Госрдарствснного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

l 1 3035, Моска а, Ж вЂ” 35, Рву шская на 5., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, уп. Гагарина. l0!