Устройство для питания дугового разряда

 

Изобретение относится к производству вторичных источников электропитания постоянного тока, в частности к устройствам для питания при дуговой электросварке в различных отраслях промышленности и в быту. Устройство содержит трансформатор, выпрямитель, индуктивность, колебательные контуры, блок, двухфазный выпрямительный мост, блоки контроля тока, два выключателя, элемент ИЛИ, усилитель, реле. Изобретение позволяет стабилизировать ток дуги, что позволяет снизить массу и габариты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к производству вторичных источников электропитания постоянного тока/ в частности к устройствам для питания дугового разряда/ применяемым при дуговой электросварке в различных отраслях промышленности и в быту.

Наиболее близким является устройство для питания дугового разряда/ содержащее трансформатор/ первый/ второй/ третий/ четвертый/ пятый и шестой выпрямительные диоды/ индуктивность и конденсатор колебательного контура/ блок управления накоплением и выводом энергии колебательного контура/ первым выводом соединенный с анодом пятого диода/ а вторым - с выходной клеммой устройства/ при этом первые выводы индуктивности и конденсатора соединены между собой/ второй вывод конденсатора соединен с катодом первого и анодом второго диодов/ второй вывод индуктивности соединен с катодом третьего и анодом четвертого диодов/ начало вторичной обмотки трансформатора соединено с катодом пятого и анодом шестого диодов/ аноды первого/ третьего и пятого диодов соединены между собой/ катоды второго/ четвертого и шестого диодов соединены между собой и с выходной клеммой устройства.

Недостатком устройства является то/ что регулировка тока дуги может быть обеспечена только снижением питающего напряжения/ что ведет к снижению крутизны вольт-амперной характеристики по мере снижения тока дуги/ а следовательно/ к снижению стабильности процесса электросварки. Недостатком является также значительная масса и габариты индуктивностей и конденсаторов колебательного контура/ а следовательно/ и устройства в целом/ поскольку индуктивности и конденсаторы должны быть рассчитаны на полное напряжение вторичной обмотки трансформатора/ приложенное к индуктивностям и конденсаторам первоначально/ при возбуждении дуги замыканием дугового промежутка/ тогда как при горении дуги это напряжение существенно ниже/ в частности при наличии блока управления накоплением и выводом энергии колебательного контура на 10-15 В/ а в общем случае ниже на величину напряжения дуги - 20-25 В. Для устойчивого горения дуги необходимо иметь напряжение на индуктивности и конденсаторе колебательного контура не менее 55 В. Следовательно/ расчетное напряжение индуктивности и конденсатора колебательного контура должно быть не менее 55 В + 15 В = 70 В при наличии блока управления накоплением и выводом энергии колебательного контура и не менее 55 В + 25 В = 80 В без него. Совершенно очевидно/ что при таком расчетном напряжении индуктивность и конденсатор/ а следовательно/ и устройство в целом имеют повышенные габариты и массу.

Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков.

Поставленная цель достигается тем/ что в устройство для питания дугового разряда/ содержащее трансформатор/ трехфазный выпрямитель/ подключенный через индуктивность к дуговым электродам/ первый LС-контур/ выводы которого и начало вторичной обмотки трансформатора подключены к соответствующим фазам трехфазного выпрямителя/ согласно изобретению вторичная обмотка трансформатора выполнена с отводом/ введены два блока контроля тока/ два выключателя/ второй LС-контур/ двухфазный выпрямительный мост и последовательно соединенные элемент ИЛИ/ усилитель и реле/ отвод и конец вторичной обмотки трансформатора через переключающий контакт реле соединены с входами двух выключателей/ выходы которых через соответствующий блок контроля тока подключены к входам элемента ИЛИ/ LС-контуры подключены к вторым входам соответствующих блоков контроля тока/ выводы второго LС-контура подключены к фазам двухфазного выпрямительного моста/ включенного параллельно трехфазному выпрямителю.

Целесообразно блок контроля тока выполнить в виде трансформатора тока/ выпрямителя и порогового элемента/ причем выводы первичной обмотки подключить к входам блока контроля тока/ вторичную отмотку через выпрямитель подключить к пороговому элементу/ выход которого подключить к выходу блока.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит трансформатор 1/ трехфазный выпрямитель 2/ подключенный через индуктивность 3 к дуговым электродам 4 и 5/ первый L₁С₁-контур 6/ выводы 7 и 8 которого и начало 9 вторичной обмотки трансформатора 1 подключены к соответствующим фазам трехфазного выпрямителя 2/ вторичная обмотка трансформатора 1 выполнена с отводом 10. В устройство введены два блока 11 и 12 контроля тока/ два выключателя 13 и 14/ второй L₂С₂-контур 15/ двухфазный выпрямительный мост 16 и последовательно соединенные элемент ИЛИ 17/ усилитель 18 и реле 19. Отвод 10 и конец 20 вторичной обмотки трансформатора 1 через переключающий контакт 21 реле 19 соединены с входами двух выключателей 13 и 14. Выход выключателя 13 через первый блок 11 контроля тока подключен к первому входу элемента ИЛИ 17/ выход же выключателя 14 через второй блок 12 контроля тока подключен к второму входу элемента ИЛИ 17. Первый L₁С₁-контур 6 подключен к второму входу первого блока 11 контроля тока/ второй же L₂С₂-контур 15 подключен к второму входу второго блока 12 контроля тока/ выводы 22 и 23 второго контура 15 подключены к фазам двухфазного выпрямительного моста 16/ включенного параллельно трехфазному выпрямителю 2 и резистору 24. Каждый блок 11 и 12 выполнен в виде трансформатора 25 тока/ выпрямителя 26 и порогового элемента 27/ причем выводы первичной обмотки трансформатора 25 подключены к входам блока/ вторичная обмотка трансформатора 25 через выпрямитель 26 подключена к пороговому элементу 27/ выход которого подключен к выходу блока. Цепи питания выпрямителей 26/ пороговых элементов 27/ блоков 11 и 12/ элемента ИЛИ 17/ усилителя 18/ реле 19 подключены к выходу вспомогательного выпрямителя 28/ входом подключенного к выводам 29 и 30 вспомогательной обмотки трансформатора 1.В исходном состоянии обмотка реле 19 обесточена/ переключающий контакт 21 подключен к отводу 10 трансформатора 1.

Устройство работает следующим образом.

После подключения выводов 31 и 32 первичной обмотки трансформатора 1 к сети переменного тока напряжение Е вспомогательного выпрямителя 28 поступает на цепи питания выпрямителей 26 в случае измерительных выпрямителей с применением операционных усилителей/ пороговых элементов 27/ элемента ИЛИ 17/ усилителя 18/ реле 19. В зависимости от требуемой величины сварочного тока может быть включен только один из выключателей 13 и 14 или оба выключателя вместе (наибольшая величина сварочного тока). Дуговые электроды 4 и 5 в исходном состоянии разомкнуты. На электродах в этом случае присутствует напряжение холостого хода/ обусловленное пониженным напряжением на отводе 10 вторичной обмотки трансформатора 1. Величина напряжения холостого хода из условия надежного возбуждения дуги примерно равна 55 В.Напряжение на конце 20 вторичной обмотки трансформатора 1 выше/ чем на отводе 10/ примерно на величину напряжения дуги. Включением одного из выключателей 13 и 14 или включением обоих выключателей вместе устанавливается требуемый ток дуги/ при этом обеспечивается суммирование токов/ задаваемых контурами 6 и 15/ а следовательно/ и регулировка тока без снижения крутизны вольт-амперной характеристики. Токи/ задаваемые указанными контурами/ выбираются из условия получения наибольшего диапазона и равномерного перекрытия его при регулировке тока дуги. Этому условию удовлетворяет соотношение токов контуров/ равное 1:2. При любой комбинации положений выключателей 13 и 14/ соответствующей той или иной величине тока дуги/ обеспечиваются условия/ при которых достигается снижение массы и габаритов устройства. Рассмотрим подробнее работу устройства при замкнутом выключателе 13. После замыкания дуговых электродов 4 и 5 и дальнейшего их размыкания между ними возбуждается дуга/ на которой устанавливается рабочее напряжение 20-25 В за счет снижения напряжения на L₁C₁-контуре. Ток дуги обеспечивается внутренним током в L₁C₁-контуре 6/ обусловленным колебательным процессом перехода энергии индуктивности L₁/ в энергию емкости С₁/ и наоборот/ а также внешним током контура/ компенсирующим потери электроэнергии в нем и протекающим через первичную обмотку трансформатора 25 тока первого блока 11 контроля тока/ на вторичной обмотке этого трансформатора находится напряжение/ которое через выпрямитель 26 поступает на пороговый элемент 27. Величина этого напряжения достаточна для срабатывания порогового элемента 27/ логический сигнал с выхода которого через элемент ИЛИ 17/ усилитель 18 поступает на обмотку реле 19. В результате этого реле 19 переключается/ его контакт 21 отключается от отвода 10/ подключается к концу 20 вторичной обмотки трансформатора 1/ и в конечном итоге компенсируется снижение напряжения на L₁C₁-контуре/ обусловленное дугой/ а ток дуги устанавливается таким/ каким он был при замыкании дуговых электродов 4 и 5. Аналогично устройство работает и при замкнутом выключателе 14. Внешний ток L₂С₂-контура 15 протекает через первичную обмотку трансформатора тока 25 второго блока 12 контроля тока/ напряжение вторичной обмотки которого через выпрямитель 26/ пороговый элемент 27/ элемент ИЛИ 17/ усилитель 18/ реле 19 обеспечивает переключение питания L₂С₂-контура с пониженного напряжения отвода 10 на повышенное напряжение конца 20 вторичной обмотки трансформатора 1/ в то время/когда возбуждается дуга между электродами 4 и 5 и напряжение на L₂С₂-контуре стремится понизиться. Аналогично устройство работает и тогда/ когда замкнуты оба выключателя 13 и 14. Внешний ток L₁C₁-контура протекает через первичную обмотку трансформатора 25 первого блока 11 контроля тока/ L₂C₂-контура - через первичную обмотку трансформатора 25 второго блока 12 контроля тока. Напряжения их вторичных обмоток через выпрямители 26/ пороговые элементы 27 оказывают эквивалентное воздействие на входы элемента ИЛИ 17/ а следовательно/ и на реле 19/ которое/ как и в первых двух случаях/ переключает L₁C₁- и L₂C₂-контуры на повышенное напряжение питания/ компенсируя его снижение из-за возбуждения дуги между дуговыми электродами 4 и 5. Нормальная работа устройства обеспечивается за счет того/ что внешние токи L₁C₁- и L₂C₂-контуров значительно увеличиваются после возбуждения дуги/ так как большую часть потерь в контуры вносит сама дуга/ и резко уменьшаются/ когда дуга не горит/ даже если дуговые электроды 4 и 5 замкнуты между собой/ так как при замкнутых электродах колебания L₁C₁- и L₂C₂-контурах протекают с малыми потерями/ обусловленными главным образом незначительными активными сопротивлениями обмоток L₁/ L₂ и диодов выпрямителей 2 и 16.

Такая работа устройства обеспечивает снижение расчетного напряжения индуктивностей L₁/ L₂ и конденсаторов С₁/ С₂ контуров/ так как при возбуждении дуги напряжение на индуктивностях и конденсаторах контуров не превышает напряжения на указанных элементах при ее горении. При сварке кратковременные замыкания дугового промежутка происходят и при капельном переносе электродного металла/ однако это не ведет к повышению напряжения на элементах L₁/ L₂/ С₁/ С₂ контуров/ поскольку быстрые изменения напряжения/ обусловленные капельным переносом (время капельного переноса 0/5...5 мс) практически полностью компенсируются индуктивностью 3/ включенной последовательно с дуговыми электродами 4 и 5. При "залипании" дуговых электродов потери в сварочной цепи резко снижаются (так как дуга не горит)/ в результате резко уменьшаются внешние токи контуров/ протекающие через первичные обмотки трансформаторов 25 тока/ и напряжения их вторичных обмоток. Напряжение на входе пороговых элементов 27 также резко снижается/ реле 19 выключается/ и его переключающий контакт 21 подключается к отводу 10 вторичной обмотки трансформатора 1/ к пониженному напряжению питания/ не допуская увеличения напряжения на L₁C₁- и L₂C₂-контурах. Кратковременное увеличение напряжения/ обусловленное инерционностью реле (время срабатывания 5...10 мс)/ полностью компенсируется индуктивностью 3/ как и при капельном переносе электродного металла. При работе устройства также исключена возможность гашения дуги при переключении контакта 21 реле 19/ так как ток дуги за время переключения контакта поддерживается на достаточном уровне за счет энергии индуктивности 3/ отдаваемой в сварочную цепь через диоды выпрямителей 2 и 16. Исключена возможность повышения напряжения на L₁C₁-/ L₂C₂-контурах и при неквалифицированном возбуждении дуги/ так как реле 19 срабатывает только тогда/ когда дуга уже горит/ поскольку внешний ток контуров увеличивается только при условии горения дуги.

Таким образом/ обеспечены такие условия работы устройства/ что ни при каких обстоятельствах напряжение на LC-контурах не повышается выше величины/ выбранной из условия обеспечения заданного тока дуги/ а следовательно/ индуктивности L₁/ L₂ и конденсаторы С₁/ С₂ могут быть/ без какого-либо ухудшения характеристик устройства/ рассчитаны без учета повышения на них напряжения при возбуждении дуги. Это обеспечивает возможность существенного/ на 15...30% снижения их массы и габаритов и примерно на 8...15% устройства в целом.

При необходимости дальнейшего увеличения диапазона регулировки тока дуги/ без снижения крутизны вольт-амперной характеристики/ к трехфазному выпрямителю 2 должно быть подключено более одного однофазного выпрямителя 16/ к фазам каждого из которых подключены дополнительные LС-контуры/ выключатели/ трансформаторы тока/ к вторичным обмоткам которых подключены по аналогии выпрямители и пороговые элементы/ выходами подключенные к дополнительным входам элемента ИЛИ 17 (число входов элемента соответствует числу LС-контуров). В этом случае отношение токов контуров принимается как 1:2:4 и так далее.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА, содержащее трансформатор, трехфазный выпрямитель, подключенный через индуктивность к дуговым электродам, первый LC-контур, выводы которого и начало вторичной обмотки трансформатора подключены к соответствующим фазам трехфазного выпрямителя, отличающееся тем, что вторичная обмотка трансформатора выполнена с отводом, в устройство введены два блока контроля тока, два выключателя, второй LC-контур, двухфазный выпрямительный мост и последовательно соединенные элемент ИЛИ, усилитель и реле, отвод и конец вторичной обмотки трансформатора через переключающий контакт реле соединены с входами двух выключателей, выходы которых через соответствующий блок контроля тока подключены к входам элемента ИЛИ, LC-контуры подключены к вторым входам соответствующих блоков контроля тока, выводы второго LC-контура подключены к фазам двухфазного выпрямительного моста, включенного параллельно трехфазному выпрямителю.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля тока выполнен в виде трансформатора тока, выпрямителя и порогового элемента, причем выводы первичной обмотки трансформатора подключены к входам блока контроля тока, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель подключена к пороговому элементу, выход которого подключен к выходу блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1