Пусковое устройство ограничителя холостого хода сварочного трансформатора

 

Изобретение относится к электродуговой сварке и может быть использовано в устройствах ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов. Целью изобретения является повышение чувствительности , быстродействия и надежности а также электробезопасности и удобства эксплуатации устройства. Устройство содержит генератор импульсов дежурного напряжения , связанный с первичной обмоткой сварочного трансформатора, измерительный трансформатор и коммутирующий элемент со схемой управления. Дополнительно введены блок контроля длительности импульсов напряжения, генератор счетных импульсов , первый счетчик импульсов, первая схема совпадения. Блок контроля длитетьности импульсов дежурного напряжения содержит компаратор, второй счетчик импульсов , вторую схему совпадения и источник опорного напряжения. Конденсатор и коммутирующий элемент генератора импульсов ic- журного напряжения включены последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора. При разомкнутой цепи силовой коммутирующий элемент разомкнут и на вторичной обмотке сварочного трансформатора присутствуют импульсы дежурного напряжения. При замыкании дугового промежутка схема управления дает команду на замыкание коммутирующего элемента , что позволяет повысить электробезопасность сварочных работ. 3 з п. ф-лы, 4 ил. ю (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„,1620239 (51)5 В 23 K 9/10

- А! 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4493278/27 (22) 05.09.88 (46) 15.0!.91. Бюл. № 2 (71) Ленинградское пуско-наладочное управление Треста Севзапэлектромонтаж и Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (72) А. Н. Катичев, Л. Г. Левин, В. Б. Рабинович, Г. И. Рябинин и В. Н. Влас (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 872094, кл. В 23 К 9/10, 1979. (54) ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧИТЕЛЯ ХОЛОСТОГО ХОДА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА (57) Изобретение относится к электродуговой сварке и может быть использовано в устройствах ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности, быстродействия и надежности а также электробезопасности и удобства эксплуатации устройства. Устройство содержит генератор импульсов дежурного напряИзобретение относится к электродуговои сварке, в частности к устройствам ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности, быстродействия и надежности устройства.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — блоксхема устройства, вариант; на фиг. 3 — эпюры сигналов, действующих в схеме устройства; на фиг. 4 — блок-схема ограничителя холостого хода.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор

1 импульсов дежурного напряжения, связанный с первичной обмоткой сварочного трансформатора 2, трансформатор 3 на2 жения, связанный с первичной обмоткои сварочного трансформатора, измерительный трансформатор и коммутирующий элемент со схемой управления. Дополнительно введены блок контроля длительности им пул ьсов напряжения, генератор счетных импульсов, первый счетчик импульсов, первая схема совпадения. Блок контроля длительности импульсов дежурного напряжения содержит компаратор, второй счетчик импульсов, вторую схему совпадения и источник опорного напряжения. Конденсатор и коммутирующий элемент генератора импульсов дежурного напряжения включены последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора. При разомкнутой цепи силовой коммутирующий элемент разомкнут и на вторичной обмотке сварочного трансформатора присутствуют импульсы дежурного напряжения. При замыкании дугового промежутка схема управления дает,oìàíду на замыкание коммутирующего элемента, что позволяет повысить электробезопасность сварочных работ. 3 3.п. ф-лы, 4 пл. пряжения, первичная обмотка которого вклю- (Я чена параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора, а вторичная под- © ключена к первому входу блока 4 контроля длительности импульсов дежурного напряжения. Второй вход блока 4 соединен с выходом генератора 5 счетных импульсов, а выход — с входом сброса первого счетчика 6 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 5 счетных импульсов, а выход — с входом первой 1, схемы 7 совпадения, выход которого является выходом устройства.

Генератор 1 импульсов дежурного напряжения может быть выполнен аналогично прототипу, т. е. конденсатор и коммутирующий элемент в виде тиристора вклю1620239

3 чены параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора, причем конденсатор подключен к зажимам сети через диод.

Генератор 1 импульсов дежурного напряжения (фиг. 2) содержит конденсатор 8 и коммутирующий элемент 9 из двух встречно-параллельных тиристоров, включенных по следовательно в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора 2, и узел 10 фазового управления тиристорами, вход которого связан с зажимами сети, а .выходы— с управляющими электродами тиристоров.

Блок 4 контроля длительности импульсов дежурного напряжения содержит двухполупериодный выпрямитель 11, подключенный входом к вторичной обмотке трансформатора 3 напряжения, а выходом — к первому входу компаратора 12 напряжения, второй вход которого подключен к источнику 13 опорного напряжения, а выход— к входу сброса второго счетчика 14 импульсов, счетный вход которого подключен к выходу генератора 5 счетных импульсов, а выход — к входу второй схемы

15 совпадения, выход которой соединен с входом сброса первого счетчика 6 импульсов.

Назначение блока 4 контроля длительности импульса, дежурного напряжения состоит в измерении длительности импульса, сравнении ее с наперед заданной величиной, определяющей порог чувствительности устройства, и выдаче импульса сброса первого счетчика 6, служащего совместно с первой схемой 7 совпадения для контроля наличия импульсов на выходе блока 4.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания и разомкнутой сварочной цепи. на сварочный трансформатор 2 (фиг. 1) подаются импульсы дежурного напряжения от генератора 1.

Те же импульсы через трансформатор 3 напряжения поступают на вход блока 4 контроля длительности импульса дежурного напряжения. Если длительность этого импульса больше наперед заданного значения — уставки чувствительности устройства, то каждому импульсу дежурного напряжения соответствует импульс сброса на выходе блока

4, поступающий на вход сброса первого счетчика 6 импульсов, который заполняется счетными импульсами от генератора 5.

При этом число в первом счетчике 6 сбрасывается на нуль, не достигая заданной величины, записанной в первой схеме 7 совпадения, и пусковой сигнал на выходе последней не вырабатывается.

При замыкании сварочной цепи на сопротивление, меньшее уставки чувствительности устройства, например менее 300 Ом, импульсы сброса на выходе блока 4 не вырабатываются. Когда возрастающее число в счетчике 6,достигнет величины, записанной в первой схеме 7 совпадения, на ее выходе вырабатывается пусковой сигнал в виде импульса напряжения.

Если генератор 1 импульсов дежурного напряжения выполнен однополупериодным, как в прототипе, то в один из полупериодов конденсатор генератора заряжается от сети через диод, а в другом разряжается через коммутирующий элемен!. на первичную обмотку сварочного транс10 форматора 2. Импульсы дежурного напряжения следуют с частотой питающей сети, с той же частотой следуют и импульсы сброса на выходе блока 4. Чис"„o, записанное в первой схем. 7 совпадения; при этом должно быть больше числа импульсов, вырабатываемых генератором 5 за один период напряжения питающей сети, а максимально возможная задержка включения сварочного трансформатора на полное напряжение, считая от момента замы20 кания сварочной цепи, равна примерно одному периоду (среднестатистическая — один полупериод, т.. е. 10 мс при частоте сети 50 Гц).

Для уменьшения задержки включения формируются импульсы дежурного напряжения с двойной . частотой сети, благодаря чему максимально возможная задержка уменьшается до полупериода (10 мс), а среднестатистическая до четверти периода (5 мс). Это достигается применением двухполупериодной схемы генератора 1. Конденсатор 8 (фиг. 2) перезаряжается каждый полупериод напряжения сети через один из тиристоров коммутирующего элемента 9 и первичную обмотку сварочного трансформатора 2. Момент замыкания . коммутирующего элемента (угол запаздывания отпирания тиристора) определяется узлом 10 фазового управления. Момент замыкания коммутирующего элемента (угол запаздывания отпирания тиристора) фазового управления определяется узлом 10. Изменяя угол за40 паздывания, можно регулировать амплитуду импульса дежурного напряжения. Импульсы дежурного напряжения имеют полярность, соответствующую полярности напряжения сети в момент формирования данного им4 пульса, поэтому в блок 4 введен двухполупериодный выпрямитель 11.

Работа устройства с однополупериодным генератором импульсов дежурного напряжения иллюстрируется эпюрами сигналов на фиг. 3. Импульсы дежурного напряжения

50 на вторичной обмотке трансформатора 3 напряжения имеют остроконечную форму с крутым передним фронтом и близким к экспоненте задним фронтом, а их амплитуда практически не зависит от длительности. При уменьшении сопротивления нагрузки сварочной цепи уменьшается длительность заднего фронта импульса. Контрольным параметром является длительность импульса, измеренная на заданном уровне, напри1620239 мер 30 — 70% от амплитудного значения ((/з фиг. 3). Эти импульсы сравниваются на входе компаратора 12 напряжения с напряжением lд блока 13 опорного напряжения. Когда Уз) Uia, напряжение Uiz на выходе компаратора 12 напряжения принимает значение логического О, снимая сигнал сброса с второго счетчика 14 импульсов, который начинает заполняться импульсами от генератора 5 счетных импульсов. Когда число % 4 в счетчике 14 достигает числа Nis, записанного во второй схеме 15 совпадения, на ее выходе формируется импульс Uiq, сбрасывающий на нуль первый счетчик 6. Однако, если сварочная цепь замкнута на сопротивление, меньшее уставки чувствительности, например менее

300 Ом, длительность импульса дежурного напряжения уменьшается настолько, что второй счетчик 14 импульсов сбрасывается на нуль, прежде чем число А 14 достигает величины N q, импульс U ; не сформируется и первый счетчик 6 будет продолжать счет до тех пор, пока число N6 в нем не достигнет числа N, записанного в первой схеме 7 совпадения, которая выдает при этом пусковой сигнал U .

Момент времени t на фиг. 3 соответствует началу последнего, перед замыканием сварочной цепи, импульса дежурного напряжения, а момент 4 — формированию последнего импульса сброса; tq — окончанию последнего, перед замыканием сварочной цепи, импульса дежурного напряжения.

В момент t4 происходит замыкание сварочной цепи, моменты t5 и t6 ссютветствуют началу и концу суженного импульса дежурного напряжения, а момент t — формированию пускового сигнала.

Импульсы Uz будут разнополярными, а импульсы U 1 на выходе двухполупериодного выпрямителя 11 — однополярным и, следующими с двойной частотой сети. Число N, записанное в первой схеме 7 совпадения, может быть в этом случае выбрано вдвое меньшим, что увеличивает быстродействие устройства в два раза.

В качестве примера на фиг. 4 приведена блок-схема ограничителя холостого хода сварочного трансформатора с использованием предлагаемого устройства. Кроме пускового устройства (элементы 1 — 15), ограничитель содержит силовой коммутирующий элемент 16 с генератором 17 отпирающих импульсов, трансформатор 18 тока, включенный последовательно с элементом 16 в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора 2, компаратор 19 тока, источник 20 опорного напряжения, логические элементы ИЛИ 21, И 22, НЕ 23, счетчик

24 импульсов и схему 25 совпадения.

Ограничитель холостого хода работает следующим образом.

При разомкнутой цепи силовой коммутирующий элемент 16 разомкнут и на вторич5

1О

55 ной обмотке сварочного трансформаторы 2 присутствуют импульсы дежурпого напряжения. Импульсы следуют с большой скважностью (период следования при промышленной частоте равен 10 мс, а длительность импульса на уровне 50% от амплитуды составляет в зависимости от сопротивления нагрузки, 0,05 — 0,4 мс в опытном образце устройства). Сигнал на входе компаратора .!2 представляет собой логическую 1, которая держит второй счетчик 14 импульсов в состоянии сброса большую часть периода, пока импульсы отсутс вуют или напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения U3 меньше порогового значения Uiz.

Малую часть периода, когда U3) U ; (т. е. в указанные 0,05 — 0,4 мс) выходной сигнал компаратора 12 принимает значение логического О, разрешая работу счетчика

14 импульсов. Если сварочная цепь разорвана, то длительность импульса дежурного напряжения относительно велика (0,4 мс), счетчик 14 импульсов успевает досчитать до числа Ni5 (для чего требуется 0,27 мс) и пусковой сигнал не вырабатывается. Импульсы на выходе первой схемы совпадения отсутствуют. Ток в цепи первичной обмотки трансформатора 18 тока равен нулю, на выходах компаратора 19 тока и элементах ИЛ И 21 — логически и О. Число в счетчике 24 импульсов равно числу, записанному в схеме 25 совпадения, на Bhtxo дах элементов НЕ 23 и И 22 -- логический О, отпирающие импульсы на тиристоры силового коммутатора 16 не подаются.

При замыкании сварочной цепи на сопротивление менее 300 Ом длительность импульса уменьшается (менее 0,27 мс) и второй счетчик 14 сбрасывается на нуль, не успев досчитать до числа Л;;,, то разрешает формирование пускового сигнала (ecc числовые данные относятся к опытному образцу). На выходе первой схемы 7 совпадения появляется пусковой сигнал в виде импульса, который через элемент ИЛИ 2! сбрасывает счетчик 25 импульсов на нуль.

При этом на выходах схемы 25 совпадения появляется логический сигнал О, на выходе элемента HE 23 — логическая 1, а на выходе элемента И 22 — счетные импульсы, заполняющие счетчик 24. Логическая 1 на выходе элемента НЕ 23 разрешает работу генератора 17 отпирающих импульсов и тиристоры силового коммутирующего элемента 16 открываются, подключая сварочный трансформатор 2 к сети. Генератор 1 импульсов дежурного напряжения при этом отключается, так как цепь из последовательно соединенных конденсатора

8 и коммутирующего элемента 9 замкнута накоротко силовым коммутирующим элемеHтом 16.

При сварке мгновенное значение напряжения на вторичной обмотке трансформа1620239

Формула изобретения

7 тора 18 тока (нагрузочный резистор на схеме не показан) каждый период превышает опорное напряжение источника 20 и на выходах компара гора 19 тока и логического элемента ИЛИ 21 появляется сигнал Логической 1, сбрасывающий счетчик 24 импульсов на нуль. Число в счетчике 24 при этом не успевает достигнуть значения, записанного в схеме 25 совпадения, и на выходе логического элемента НЕ 23 присутствует логическая 1, разрешающая работу генератора 17 импульсов, поддерживающего силовой коммутирующий элемент 16 в открытом состоянии.

При размыкании сварочной цепи ток в первичной обмотке трансформатора 18 тока уменьшается до величины тока холостого хода сварочного трансформатора 2, напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока становится меньше опорного напряжения источника 20, на выходе компаратора 19 тока и логического элемента

ИЛИ 21 устанавливается логический О.

Счетчик 24 заполняется до числа, записанного в схеме 25 совпадения, после чего на выходе логических элементов НЕ 23 и И 22 появляется логический О. Генератор 17 отпирающих импульсов выключается, а силовой коммутирующий элемент 16 размыкается, ограничитель холостого хода переходит в дежурный режим.

По сравнению с прототипом использование длительности импульса дежурного напряжения в качестве контролируемого параметра позволяет обеспечить высокую чувствительность предлагаемого пускового устройства, обеспечивая надежное включение его при сопротивлении сварочной цепи 300 Ом и менее и запрет на включение при сопротивлении выше 500 Ом. Высокая чувствительность устройства, наряду со значительной амплитудой импульса дежурного напряжения на вторичной обмотке сварочного трансформатора, способствует улучшению условий зажигания дуги. Высокая чувствительность устройства способствует также повышению электробезопасности, например, при смене электродов. Уставка чувствительности устройства легко регулируется изменением числа, записанного в схеме совпадения (грубо), и величиной опорного напряжения на входе компаратора напряжения (плавно). Чувствительность устройства практически не зависит от амплитуды импульсов и, в частности, от колебаний напряжения питающей сети.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенным быстродействием, поскольку максимальное запаздывание появления пускового сигнала по отношению к моменту замыкания сварочной цепи не превышает периода следования импульсов дежурного напряжения, составляющего 20 или

1О мс. Быстродействие устройства способствует улучшению зажигания дуги и повышению производительности труда сварщика.

Устройство не требует подключения к сварочной цепи, так как оно включается между зажимами питающей сети и кабелем питания сварочного трансформатора и может быть установлено в силовом распределительном шкафу в месте подключения последнего. Это улучшает надежность его работы. Надежность и быстродействие устройства повышаются также благодаря пр менению интегральных цифровых и логических микросхем с малым потреблением энергии и тепловыделением. Изменение условий окружающей среды практически не влияет на технические характеристики устройства и его надежность благодаря цифровому представлению информации. Устройство полностью построено на серийных элементах и не требует применения трансформатора тока специального исполнения с расширенным диапазоном измерения.

Кроме того, предлагаемое устройство универсально и может быть, использовано со сварочным трансформатором любого типа.

Для этого следует лишь установить необходимую амплитуду импульса дежурного напряжения и порог срабатывания компаратора тока (в зависимости от тока холостого хода данного типа сварочного трансформатора), а также чувствительность в режиме замыкания сварочной цепи на калиброванное сопротивление.

1. Пусковое устройство ограничителя холостого хода сварочного трансформатора, содержащее генератор импульсов дежурного напряжения, связанный с первичной обмоткой сварочного трансформатора, и измерительный трансформатор, причем генератор импульсов включает последовательно соединенные конденсатор и коммутирующий элемент со схемой управления, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействия и надежности, оно снабжено блоком контроля длительности импульса дежурного напряжения, генератором счетных импульсов, первым счетчиком импульсов и первой схемой совпадения, причем первый вход блока контроля длительности импульса дежурного напряжения связан с вторичной обмоткой измерительного трансформатора, выполненного в виде трансформатора напряжения, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора, второй вход блока соединен с генератором счетных импульсов, а выход — с входом сброса первого счетчика импульсов, счетный вход которого связан с генератором счетных импульсов, а выход — с входом первой схемы совпадения, выход которой соединен

1620239 с пусковым входом ограничителя холостого хода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля длительности импульса дежурного напряжения содержит компаратор, второй счетчик импульсов, вторую схему совпадения и источник опорного напряжения, причем первый вход блока связан с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора соединен с входом сброса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с вторым входом блока, а выход через вторую схему совпадения — с выходом блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конденсатор и коммутирующий элемент генератора импульсов дежурного напряжения включены последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора, при этом коммутатор выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров с узлом фазового управления, а

10 блок контроля длительности импульса дежурного напряжения содержит двухполупериодный выпрямитель, включенный между первым входом блока и первым входом компаратора.

1620239

1620239

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101

Редактор Ю. Середа

Заказ 4208

Составитель В. Пучинский

Техред А. Кравчук Корректор О. Цнпле

Тираж Подписное