Выпрямитель для машин контактной сварки

 

Изобретение относится к сварке, в частности к выпрямителям для машин контактной сварки, и может быть использовано в гибких автоматизированных электросварочных комплексах. Цель изобретения - повышение надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений токов через силовые управляемые вентили ключевых элементов. Выпрямитель содержит входной выпрямитель, ключевые элементы, четырехфазный трансформатор, неуправляемые вентили и систему управления. На каждом активном стержне трансформатора размещено по три секции первичных обмоток и по одной вторичной обмотке. Неуправляемые вентили выходного выпрямителя работают поочередно по 3/4 периода. В выпрямитель введены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора. Использование искусственной коммутации токов в режимах, близких к холостому ходу, позволяет защитить полупроводниковые элементы устройства от бросков тока, связанных с насыщением трансформатора. При работе выпрямителя на частотах 800-1000 Гц действующие значения токов в силовых управляемых вентилях уменьшаются, что позволяет повысить КПД и использовать полупроводниковые приборы меньшей мощности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4605674/31-27 (22) 16.11,88 (46) 15.11.90. Бюл, ¹ 42 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В,И.Ульянова(Ленина) и Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (72) Г.Л,Бенедиктов, Б,А.Будилов, В.Б.Вандышев, Ю.А.Петров и Б.Н.Резников (53) 621.791.762 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 505539, кл, В 23 К 11/24, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 984765, кл, В 23 К 11/24, 1981. (54) ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДЛЯ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к выпрямителям для машин контактной сварки, и может быть использовано в гибких а втоматизи рова н н ых зле ктросва рочных комплексах. Цель изобретения — повышение надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений тоИзобретение относится к сварке и мо-. жет быть использовано в гибкихавтоматизированных электрос ва роч ных KQM плексах для сварки изделий из материалов с малым удельным сопротивлением.

Целью изобретения является повышение надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений токов через управляемые вентили ключевых элементов.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого выпрямителя; на фиг.2 и 3 — времен„„5Ц„„1606284 А1 ков через силовые управляемые вентили ключевых элементов. Выпрямитель содержит входной выпрямитель, ключевые элементы, четырехфазный трансформатор, неуправляемые вентили и систему управления. На каждом активном стержне трансформатора размещено по три секции первичных обмоток и по одной вторичной обмотке, Неуправляемые вентили выходного выпрямителя работают поочередно по

3/4 периода. В выпрямитель введены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора. Использование искусственной коммутации токов в режимах близких к холостому ходу, позволяет защи тить полупроводниковые элементы устройства от бросков тока, связанных с насыщением трансформатора. При работе выпрямителя на частотах 800 — 1000 Гц действующие значения токов в силовых управляемых вентилях уменьшаются, что позволяет повысить КПД и использовать полупроводниковые приборы меньшей мощности, 3 ил. ные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит входной вы прямитель 1, подключенный выходными клеммами к питающей сети переменного тока, четырехмазный трансформатор 2, на каждом активном стержне которого размещены по три секции 3 — 5 первичных обмоток и по одной вторичной обмотке 6. Каждая фаза первичной стороны трансформатора 2 подключена к второму выводу ключевого элемента 7 и состоит из трех последовательно соединенных секций 3 — 5 первичных обмо1606284 ток, размещенных на трех активных стержнях магнитопровода, первые выводы ключевых элементов 7 и выводы третьих секций 5 каждых двух фаз попарно объединены, причем первые выводы первого и второго ключевого элемента подключены к положительному выводу входного выпрямителя 1, а объединенные выводы третьих секций 5 двух других фаз подключены к отрицательному выводу входного выпрямителя 1, Одни концы вторичных обмоток 6 объединены, образуют точку общего потенциала и соединены с первым входным выводом сварочного контура 8, а другие — друг с другом через неуправляемые вентили 9 и с вторым входным выводом сварочного контура 8. Выходы системы 10 управления соединены соответственно с включающими и отключающими входами ключевых элементов 7. Первый вывод первого коммутирующего конденсатора 11 соединен с положительным выводом входного выпрямителя 1, второй вывод первого коммутирующего конденсатора 11 соединен с первым выводом второго коммутирующего конденсатора 11, а его второй вывод — с отрицательным выводом входного выпрямителя 1.

Объединенные выводы третьих секций 5 двух фэз, подключенных к положительному выводу входного выпрямителя 1, и.объединенные первые выводы двух ключевых элементов 7 двух других фаз соединены с вторым выводом первого коммутирующего конденсатора 11, Система 10 управления устройства содержит, например, задающий генератор (ЗГ) 12, распределитель импульсов (РИ) 13, задатчик длительности сварочного импульса (ЗИ) 14, измеритель тока (ИТ) 15, генератор опорного напряжения (ГН) 16, регенеративный узел сравнения (РУС) 17, логический элемент И 18. Выход ЗГ 12 соединен с входом ЗИ 14 и с первым входом

РИ 13. Выход ЗИ 14 соединен с первым входом логического элемента И 18 и с вторым входом ИТ 15, первый вход которого соединен с выходным контуром входного выпрямителя 1. Выходы ИТ 15 и ГН 16 соединены соответственно с первым и вторым выходами РУС 17, выход которого соединен со вторым входом логического элемента И 18, а его выход соединен с вторым входом РИ 13. Первый и второй выходы РИ 13 являются соответственно включающим и отключающим выходами системы 10 управления.

На фиг,2 приведены диаграммы мгновенных значений напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 при искусственной коммутации первичных фазных токов (диаграмма 19) и без искусственной коммутации (диагпамма 20), токов в силовых управляемых вентилях ключевых элементов 7 при искусственной коммутации

5 первичных фазных токов (диаграмма 21) и без искусственной коммутации (диаграмма

22), токов в фазах первичной стороны трансформатора 2 (диаграмма 23) для режимов работы устройства, близких к режиму холостого хода; диаграммы мгновенных значений напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 (диаграмма 24), токов в силовых управляемых вентилях ключевых

10 элементов 7 (диаграмма 25), токов в фазах первичной стороны трансформатора 2 (диаграмма 26) для режимов работы устройст15 ва, близких к режиму короткого замыкания, На фиг.3 приведены диаграммы мгновенных значений токов в неуправляемых вентилях 9 (диаграмма 27), индукций в активных стержнях магнитопровода при ис20 кусственной коммутации первичных фазных токов (диаграмма 28), индукций в активных стержнях магнитопроводэ без искусственной коммутации (диаграмма 29) для режимов работы устройства, близких к режиму холостого хода; диаграммы мгновенных значений, токов в неуправляемых вентилях

9 (диаграмма 30), индукций в активных стер25

30 жнях магнитопровода (диаграмма 31) для режимов работы устройства, близких к режиму короткого замыкания. На диаграммах отмечены моменты включения и отключения ключевых элементов 7.

Устройство работает следующим образом.

Входной выпрямитель 1 обеспечивает положительное напряжение на первом выэлементов 7, отрицательное напряжение на втором выводе второго коммутирующего конденсатора 11 и на объединенных выводах двух третьих секций 5 первичных обмо45 ток трансформатора 2. Управляющие импульсы на включение ключевых элементов 7 подаются от системы 10 управления поочередно через равные интервалы в 1/4. периода, соответствующего рабочей частоте устройства. В выпрямителе обеспечива50 ется поочередное (через 1/4 периода) подключение коммутирующих конденсаторов 11 к фазе первичной стороны трансформатора 2, При подаче очередного управляющего. импульса на включающий

55 вход одного из ключевых элементов 7 он включается, и начинается перезаряд одного из коммутирующих конденсаторов 21 по цепи через ключевой элемент 7 и подключенную к его второму выводу фазу первичной воде первого коммутирующего конденсато40 ра 11 и на первых выводах ключевых

1606284

20

35

45

55 стороны трансформатора 2 и дозаряд от питающей сети другого коммутирующего конденсатора 11 по цепи через входной выпрямитель 1, ключевой элемент 7 и работающую фазу первичной стороны трансформатора 2.

Отключение ключевого элемента 7 при малых токах нагрузки (режимы, близкие к холостому ходу устройства) осуществляется путем подачи на его отключающий вход управляющего импульса от системы 10 управления. Обеспечивается искусственная коммутация силового управляемого вентиля ключевого элемента 7 (фиг.2, диаграммы

19 — 23).

Отключение ключевого элемента 7 при номинальных токах (режима, близкие к короткому замыканию устройства) обеспечивается естественным способом за счет спада первичного тока до. нулевого значения при перезарядке коммутирующего конденсатора 11 через фазу первичной стороны трансформатора 2 (фиг,2, диаграммы 24 — 26).

Период колебаний Т в контуре, включающем фазу первичной стороны трансформатора 2 и коммутирующий конденсато 11, определяется из выражения Т = 2 л Ч С где L — приведенная эквивалентная индуктивность элементов устройства; С вЂ” емкость коммутирующего конденсатора 11. В режимах, близких к короткому замыканию эквивалентная индуктивность L определяется в основном индуктивностью рассеяния Lp трансформатора 2 и индуктивностью L< сварочного.контура 8, а в режимах, близких к холостому ходу устройства.— индуктивно-. стью намагничивания „трансформатора 2, При работе устройства в расчетных режимах LH значительно превышает Lp и LK, что обуславливает увеличение периода колебаний Т при уменьшении тока в сварочном контуре 8.

Наличие на каждом активном стержне трансформатора 2 трех секций 3-5 первичных обмоток, каждая из которых присоединена к одному из четырех ключевых элементов 7, работающих поочередно 1/4 периода, обеспечивает непрерывное однонаправленное изменение потока в магнитопроводе трансформатора 2 в течении 3/4 периода, которое создает отрицательное напряжение на выводах вторичных обмоток

6, подключенных к катодам неуправляемых вентилей 9, Положительное напряжение на этих выводах существует в течении 1/5 периода, когда происходит восстановление индукции в сердечниках (фиг.3, диаграммы

28, 29, 31). При подключении сварочного контура 8 в нем протекает ток, создаваемый каждую 1/4 периода тремя одновременно работающими вторичными обмотками 6 трех фаз (фиг,3, диаграммы 27 и 30). Регулировка сварочного тока в номинальном режиме осуществляется путем изменения рабочей частоты.

По сравнению с прототипом уменьшение действующих значений токов в силовых управляемых вентилях ключевых элементов устройства обеспечивается за счет использования в номинальных режимах естественной коммутации, когда протекающий в них ток равен току нагрузки.

При работе устройства на повышенной частоте переключения ключевых элементов, порядка 800-1000 Гц, действующие значения токов в силовых управляемых вентилях уменьшается в 1,3-1,5 раза по сравнению с прототипом — выпрямителем, в котором используется искусственная коммутация токов во всех режимах, Уменьшение действующих значений токов в силовых полупроводниковых приборах увеличивает надежность работы выпрямителя, Использование искусственной коммутации токов в режимах, близких к холостому ходу, позволяет защитить полупроводниковые элементы устройства от бросков тока, связанных с насыщением трансформатора при увеличении периода колебаний T. Уменьшение действующих токов в силовых управляемых вентилях устройства в 1,3 — 1,5 раза позволяет повысить

КПД выпрямителя на 1 — 2 и испольэовать полупроводниковые приборы меньшей мощности, что снижает себестоимость выпрямителя.

Формула изобретения

Выпрямитель для машин контактной сварки, содержащий входной выпрямитель, подключенный входными клеммами к питающей сети переменного тока, ключевые элементы, четырехфазный трансформатор, на каждом активном стержне которого размещены по три секции первичных обмоток и по одной вторичной обмотке, неуправляемые вентили и систему управления, каждая фаза первичной стороны трансформатора подключена к второму выводу ключевого элемента и состоит из трех последовательно соединенных секций первичных обмоток, размещенных на трех активных стержнях магнитопровода, первые выводы ключевых элементов и выводы третьих секций каждых двух фаз объединены попарно, причем первые выводы первого и второго ключевого элемента подключены к положительному выводу входного выпрямителя, к отрицательному выводу которого подключены обь1606284 единенные выводы третьих секций двух других фаз, первые концы вторичных обмоток соединены непосредственно между собой, а другие концы — через неуправляемые вентили, выходы системы управления соединены соответственно с включающими и отключающими входами ключевых элементов, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений токов через силовые управляемые вентили ключевых элементов, в него введены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, которые подключены

5 параллельно входному выпрямителю, общая точка коммутирующих конденсаторов соединена с первыми выводами третьего и четвертого ключевых элементов и объединенными выводами третьих секций двух

10 других фаз, 1606284

1606284

Составитель Г. Чайковский

Редактор Т. Парфенова Техред М.Моргентал Корректор А. Обручар

Заказ 3516 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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