Устройство ограничения напряжения холостого хода

 

Изобретение относится к сварочной технике , в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов, применяющихся для ручной дуговой сварки. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при сохранении высокого быстродействия. Устройство содержит RC-цепь с диодным ключевым элементом, подключенную к трансформатору тока. Наличие этих элементов обеспечивает снижение помех во всем диапазоне рабочих частот и устраняет прохождение в узлы управления. Выход RC-цепи подключен к инвертирующему входу компаратора. Выход компаратора соединен с входами двух последовательно соединенных оптронных тиристоров. Вход второго оптронного тиристора, кроме того, связан с выходом второго компаратора. Неинвертирующий вход второго компаратора через вторую RC-цепь связан с выходом первого оптронного тиристора. Применение второй RC-цепи и оптронов обеспечивает повышение надежности работы устройства. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5115 В 23 К 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

,бд а (Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747056/08 (22) 11.10.89 (46) 07.05,92. Бюл, ¹ 17 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и Кузнецкий металлургический комбинат им. В.И. Ленина (72) А.А, Кукушкин, B.À, Новоселов, Л,И, Кунаш, В.Ф. Сухачев, В.Ф. Шабалин и С.И.

Григорьев (53) 621.791,75 (088.8) (56) Информационный листок Кемеровского

ЦНТИ ¹ 88-37, сер. 45.45.29. Автомат безопасности сварщика АБС вЂ” 1. (54) УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО ХОДА (57) Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов. применяющихся для ручИзобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов, применяющихся для ручной дуговой сварки. Известен ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора, который содержит тиристорный коммутатор, включенный в цепь питания сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, RC-цепь для создания выдержки времени, два тирис1 opHblк о«трона, резисторы и диод.

5U 1731513 А1 ной дуговой сварки, Цель изобретения — повышение надежности работы устройства при сохранении высокого быстродействия.

Устройство содержит RC-цепь с диодным ключевым элементом, подключенную к трансформатору тока. Наличие этих элементов обеспечивает снижение помех во всем диапазоне рабочих частот и устраняет прохождение в узлы управления, Выход RC-цепи подключен к инвертирующему входу компаратора. Выход компаратора соединен с входами двух последовательно соединенных оптронных тиристоров. Вход второго оптронного тиристора, кроме того, связан с выходом второго компаратора. Неинвертирующий вход второго компаратора через вторую RC-цепь связан с выходом первого оптронного тиристора. Применение второй

RC-цепи и оптронов обеспечивает повышение надежности работы устройства. 2 ил.

Недостатком ограничителя является ненадежность работы, которая обусловлена чувствительностью к температуре. Чувствительным пороговым элементом в схеме является оптрон, параметры которого зависят от температуры. Кроме того. связь чувствительного порогового элемента с выходом трансформатора тока осуществлена через нелинейные элементы (диодный мост), параметры которых также зависят от темпер туры. Отсутствие в цепи связи RC-цепи с диодным ключевым элементом делает схему плохо защищенной от нгводок и помех из-за утечек в сварочнсй цепи.

Известно устрой"тво для ограничения напряжения холо:того хода источника пита1731513 ния сварочной дуги, содержащее тиристорный коммутатор в цепи питания сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, пороговый элемент, элемент выдержки времени, RC-цепь, резисторы и диод. Недостатком устройства является низкая надежность работы, обусловленная отсутствием RC-цепи с диодным ключевым элементом, зависимостью чувствительности от температуры. Из-за отсутствия RC-цепи с диодным ключевым элементом постоянная времени заряда конденсатора интегрирующего элемента меньше постоянной времени разряда, что ведет к явлению "накопления последствий". Это явление ведет к тому, что при наличии постоянных наводок или утечек s сварочной цепи напряжение на выходе интегрирующего элемента постепенно возрастает до напряжения срабатывания порогового элемента и удер>кивает его во включенном состоянии. Происходит ло>кное срабатывание тиристорного коммутатора, а затем— отключение его с выдер>ккой времени. Изза заряда конденсатора связи порогового и интегрирующего элементов схема становится нечувствительной к состоянию сварочной цепи, т.е. возбуждение дуги невозможно, Так как на практике наводки и утечки в сварочной цепи существуют не кратковременно. а длительное время, такое устройство становится практически неработоспособным, Зависимость чувствительности и, соответственно, надежности возбуждения от температуры обусловлено наличием в цепи связи выхода трансформатора тока и порогового элемента диодного ограничителя, параметры которого зависят от температуры.

Известен автомат безопасности сварщика АБС, который содержит защитный и тиристорный коммутаторы, включенные в цепь питания сварочного трансформатора, блоки управления защитным и тиристорным коммутаторами, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, два пороговых элемента и RC-цепь для создания выдержки времени.

Недостатком известного автомата является низкая надежность работы, обусловленная зависимостью чувствительности от температуры, влиянием помех и утечек в сварочной цепи на надежность работы (частые ло>кнь е отключения), зависимость выдержки времени оттемпературы. инерцион5

55 ность "подхвата" ею полезного сигнала, что в итоге ухудшает надежность возбуждения дуги, Зависимость чувствительности от температуры обусловлена зависимостью параметров усилителя низкой частоты, включенного в цепь связи выхода трансформатора тока с входом чувствительного порогового элемента и параметров порогового элемента, выполненного на базе триггера Шмитта, от температуры, Влияние температуры на параметры порогового элемента сказывается также на времени срабатывания элемента выдержки времени на включение, При малых длительностях короткого замыкания сварочной цепи сигнал на входе блока управления тиристорным коммутатором не успевает "подхватиться" элементом выдержки времени из-за его инерционности, Это ведет к неустойчивости возбуждения дуги. Наличие усилителя низкой частоты, у которого амплитудно-частотная характеристика неравномерна, и отсутствие в цепи связи чувствительного порогового элемента с выходом трансформатора тока

RC-цепи с диодным ключевым элементом делает схему автомата чувствительной к помехам и утечкам в сварочной цепи, что ведет к частым ложным отключениям защитного коммутатора, Все указанные факторы делают работу автомата ненадежной, Цель изобретения — повышение надежности работы устройства при сохранении высокого быстродействия.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства ограничения напряжения холостого хода; на фиг. 2 — график изменения напряжения на входе и выходе второй RCцепи с диодным ключевым элементом, Устройство с )cTQMT из защитного коммутатора 1, тиристорного коммутатора 2; включенных в цепь питания сварочного трансформатора 3, блока 4 управления защитным коммутатором 1, блока 5 управления тиристорным коммутатором 2, источника 6 оперативного напряжения, связанного со сварочным трансформатором 3, блока 7 питания всех узлов и элементов схемы, трансформатора 8 тока в сварочной цепи, пороговых элементов 9 и 10 в виде компараторов, первую RC-цепь 11 для создания выдержки времени, состоящую из резистора 12 и конденсатора 13, вторую RCцепь !4 с диодным ключевым элементом 15, вход которой соединен с выходом трансформатора 8 тока, выход — с инверсным входом порогового элемента 9, тиристорных оптронов 16 и 17, к выходу компаратора 9 через резистор 18 подключен анод входа оптрона 16, катод которого связан с анодом диода 19, катод которого связан через рези1731513 стор 20 с выходом второго порогового элемента — компаратора 10 и с анодом входа второго оптрона 17, катод входа оптрона 17 связан с отрицательной шиной блока 7 питания, к которой подключены катод выхода первого оптрона

16 и конденсатор 13 первой RC-цепи 11, средняя точка этой цепи 11 подключена к входу второго компаратора 10 и через резистор 21 к аноду выхода первого оптрона 16. Выход второго оптрона 17 связан с входом блока 5 управления тиристорным коммутатором 2. Блок 4 связан с выходом трансформатора 8 тока и сварочной цепью, Дополнительно на фиг. 1 обозначены электрод 22 и свариваемая детальь 23, резистор 24 и конденсатор 25 RС-цепи 14, Устройство работает следующим образом.

Режим дежурного холостого хода. 3ащитный коммутатор 1 включен. На блок 7 питания подано напряжение, Источник 6 оперативного напряжения создает в сварочной цепи небольшое по величине (менее

12 В) напряжение. Конденсатор 13 зарядится через резистор 12 от блока 7 питания.

Возбуждение дуги. При замыкании электрода 22 с деталью 23 по трансформатору 8 тока протекает ток небольшой величины. На выходе трансформатора 8 тока создается напряжение, которое подается на вход второй RC-цепи 14. На выходе этой цепи 14 появляется напряжение, которое приложено к инверсному входу компаратора 9. Если это напряжение будет по величине больше

U <л, подаваемого на прямой вход компаратора, то на выходе его появится напряжение, которое приложено к цепи: резистор 18 — вход первого оптрона 16, диод 19, вход второго оптрона 17. Оба оптрона отпираются. Конденсатор 13 разрядится через резистор 21 и тиристор оптрона 16. Одновременно тиристор второго оптрона 17 подает сигнал блоку 5 управления для включения тиристорного коммутатора 2. Последний включается, подавая на сварочный трансформатор 3 полное напряжение сети. В сварочной цепи создаются все условия для возбуждения дуги. При разряде конденсатора 13 на выходе второго коммутатора 10 появится напряжение, которое через резистор 20 будет приложено к входу оптрона

17, удерживая его во включенном состоянии. Резисторы 18 и 20 ограничивают ток через светодиоды (входы) оптронов, В таком состоянии схема находится до окончания сварки.

Холостой ход. При обрыве дуги ток в сварочной цепи исчезает, Одновременно исчезают напряжения на выходе трансформатора 8 тока, затем — на выходах второй

10

RC-4цепи 14 и компаратора 9, Оптотиристор

16 запирается, Конденсатор 13 начинает заряжаться через резистор 12, Создается выдержка времени на отключение. Как только напряжение на конденсаторе 13 станет равным опорному напряжению Uon.2. или превысит его, на выходе компаратора 10 напряжение исчезает, что ведет к исчезновению тока через светодиод оптрона 17. Последний запирается, На выходе блока 5 управления исчезает сигнал и тиристорный коммутатор 2 запирается. Система переходит в дежурный режим работы.

Работа схемы при наличии помех. При

15 большой емкости сварочной цепи или больших утечках через изоляцию на входе RC-цепи 14 создается напряжение длительностью импульса t<, большей времени паузы tn, При отсутствии диодного ключевого элемента 15

20 напряжение на выходе RC-цепи 14 постепенно увеличивается и в момент времени т оно становится равным U«,>, что приводит к появлению напряжения на выходе компаратора 9 как в режиме возбуждения дуги.

25 Так как дуга не возникает, а блок 5 управления включен, то блок 4 управления защитным коммутстором 1 с выдержкой времени .1-1,5 с отключит защитный коммутатор 1, Произойдет ложное отключение. При нали30 чии диодного ключевого элемента 15 постоянная времени заряда конденсатора 25

RC-цепи 14 будет много больше постоянной времени его разряда. Поэтому за время tII конденсатор 25 успевает разряжаться и на35 пряжение на вь ходе RC-цепи 14 не успевает достичь величины 0«л, На графике (фиг, 2) показаны кривые напряжений на входе (кривая 1) и выходе (кривая 2) RC-цепи 14 с диодным ключевым

40 элементом 15 для различных моментов времени t., В период времени от т = 0 до t = t> под . действием положительного полупериода входного напряжения происходит заряд

45 КОНдЕНСатсра 25 дО Uc1, КОГда Uex = UebIx В

ЭТОМ ПЕрИОдЕ Uex > UebIX. ИЗ-За бОЛЬШОй постоянной времени г напряжение на выходе медленно увеличивается, достигая в момент с = t< максимального значения, рав50 ного Uc>.

В период времени от tr до t2 напряжение 0рых > Ори. Происходит разряд конденсатора 25. Так как постоянная времени гг < < т, то кривая 2 почти сливается с кривой 1. В момент времени 1 = t2 UebIX = О, а U х < О. В период времени от tz до тз

НаПРЯжЕНИЕ Uex < UebIX, ЧтО ОЗНаЧаЕт ПЕРЕразряд конденсатора 25, В момент тз конденсатор 25 заряжается отрицательным

1731513

55 полупериодом входного напряжения до наибольшего значения, когда Usx = Ue x. Постоянная времени этого периода равна rz, В период времени от тз до t4 напряжение 10вх! < I Ues>x I, происходит разряд конденсатора 25 с постоянной времени r>, B момент времени м UBx = 0»lx = UC2 разряд конденсатора завершается и 0» x = О. Напряжение 0»< > О.

В период времени от а до тв происходит заряд конденсатора 25 положительным полупериодом входного напряжения. Постоянная времени заряда равна т > >тг. В момент времени to 0»< = 0»ix = Ucz, причем

0c2 < 0c1 Это говорит о том, что с увеличением времени помехоустойчивость устройства увеличивается, так как разность напряжений Л0 = 0од.1 0рцх на входах компаратора 9 увеличивается (условие срабатывания схемы Л0 = Us ix — Ucn.1 > О).

Таким образом, наличие отрицательной полуволны входного напряжения приводит к повышению помехоустойчивости схемы, Аналогичное явление возникает при наличии только отрицательных полуволн входного напряжения.

Предлагаемое выполнение цепи связи между трансформатором 8 тока и чувствительным пороговым элементом — компаратором 9 делает схему нечувствительной к изменению температуры. Полный разряд конденсатора 13

RC-цепи 11 после появления полезного сигнала позволяет обеспечить устойчивое возбуждение дуги при кратковременном касании электрода 22 детали 23, Все это позволяет повысить надежность работы устройства и обеспечивает высокую надежность возбуждения дуги и помехоустойчивость.

Формула изобретения

Устройство ограничения напряжения холостого хода, содержащее защитный и ти5 ристорный коммутаторы, включенные в цепь питания сварочного трансформатора, блоки управления коммутаторами, источник оперативного напряжения, связанный со сваоочным трансформатором, блок пита10 ния, трансформатор тока в сварочной цепи, два пороговых элемента первую RC-цепь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе при сохранении высокого быстродействия, в него вве15 дены вторая RC-цепь, два диода, два тиристорных оптрона, три резистора, а пороговые элементы выполнены на компараторах, вторая RC-цепь с включенным параллельно резистору этой цепи первым

20 диодом, включена между выходом трансформатора тока и инвертирующим входом первого компаратора, к выходу которого через первый резистор подключен анод входа первого оптрона, катод которого связан с

25 анодом второго диода, к катоду которого подключены через второй резистор выход второго компаратора и анод входа второго оптрона, первая RC-цепь подключена резистором к положительной, конденсатором к

30 отрицательной шинам блока питания. а средней точкой к прямому входу второго компаратора и через третий резистор — к аноду выхода первого оптрона, катод входа второго оптрона и катод выхода первого on35 трона подключены к отрицательной шине блока питания, а выход второго оптрона соединен с входом блока управления тиристорным коммутатором.

1731513

1731513

Составитель В.Королев

Техред М.Моргентал Корректс р Д,Сычева

Редактор Н.Тупица

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

Заказ 1542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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