Однофазный выпрямитель для дуговой сварки



Однофазный выпрямитель для дуговой сварки
Однофазный выпрямитель для дуговой сварки
Однофазный выпрямитель для дуговой сварки
Однофазный выпрямитель для дуговой сварки

 


Владельцы патента RU 2441734:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" (RU)

Изобретение относится к однофазному выпрямителю для дуговой сварки. Выпрямитель содержит трансформатор (1) с первичной обмоткой (2), подключенной к питающей сети, и тремя вторичными обмотками. Силовая обмотка (3) нагружена на диодно-тиристорный мостовой выпрямитель. Одна дополнительная обмотка (5) подключена к блоку стабилизации дуги, а другая (4) соединена с блоком управления (10). Между общими точками соединения отсекающих диодов с тиристорами (11, 12) установлен конденсатор (20). В диагональ постоянного тока, образованную тиристорами и диодами, включены дроссель (13) и датчик тока (14), к выходу которого подсоединен блок защиты (23), а параллельно нагрузке через закрытый контакт реле (21) подсоединен резистор (22). В блок (6) импульсной стабилизации дуги входят мостовой выпрямитель (7) с конденсатором (8) и разрядным тиристором (9), подключенным к дросселю (13). Блок защиты (23) выполнен на двух пороговых элементах. Каждый из них состоит из потенциометра уставки и стабилитрона (27) на входе транзистора (29), к коллектору одного транзистора подключено реле (31), а к коллектору другого - диод оптрона (33), фототранзистором которого зашунтирован потенциометр задающего напряжения, его движок соединен с транзистором регулируемого сопротивления, шунтирующего резистор интегрирующей RC-цепи, подключенной на вход широтно-импульсного модулятора блока управления. Выпрямитель обеспечивает высокие энергетические показатели, надежность и ограничение тока короткого замыкания и напряжения холостого хода. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами, в частности к электрической сварке на постоянном токе.

Однофазный выпрямитель может быть использован для сварки металлоконструкций и изделий ограниченной толщины при производстве ремонтных работ в быту, при сантехнических работах и во многих областях народного хозяйства, а также стартерного запуска двигателей автомобилей и зарядки аккумуляторный батарей.

Известен однофазный сварочный выпрямитель (см., например, патент №2060126 РФ от 20.05.1996), содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из частей, два тиристора, два диода и двухсекционный дроссель, подключенных к частям вторичной обмотки, причем число витков вторичной обмотки выбрано исходя из условий получения максимального и минимального сварочного тока, обеспечивая возбуждение и горение дуги.

Основным недостатком этого сварочного выпрямителя является сложность силовой схемы и схемы управления, вследствие чего невысокая надежность и большие потери в элементах выпрямительного устройства.

Известен тиристорный регулятор для ручной дуговой сварки металлическими электродами, выбранный в качестве аналога (см., например, http://scilab.narod.ru/svarreg.html статью Полушкина А. «Тиристорный регулятор для сварочного трансформатора»), содержащий трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к однофазной питающей сети, силовую вторичную обмотку, нагруженную на несимметричный диодно-тиристорный мостовой выпрямитель, и две дополнительные обмотки с мостовыми выпрямителями для питания схем блока управления и удвоитель напряжения.

Недостатками такого выпрямителя для дуговой сварки являются большие пульсации выпрямленного напряжения из-за отсутствия дросселя, потери в балластных сопротивлениях, низкий КПД, неоптимальная схема управления.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому положительному эффекту является сварочный выпрямитель для дуговой сварки, выбранный в качестве прототипа (см., например, статью Н.Зызлаева «Сваркой управляет электроника», - Моделист-конструктор, 2005, №1).

Сварочный выпрямитель содержит блок фазового управления, многообмоточный трансформатор блока управления, силовой трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к однофазной питающей сети, и две вторичные обмотки со средней точкой, одна из которых нагружена на силовой управляемый выпрямитель, а вторая - на диодный выпрямитель с дросселем, обеспечивающий подпитку сварочной цепи, и трансформатор тока в цепи управляемого выпрямителя.

Недостатками прототипа являются неудовлетворительные массогабаритные показатели из-за большой габаритной мощности силового трансформатора и наличия трансформатора управления, значительная индуктивность рассеяния, снижающая КПД и коэффициент мощности.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, снижение пульсаций, массы и габаритов, повышение надежности работы выпрямителя за счет ограничения тока короткого замыкания и напряжения холостого хода.

Поставленная цель достигается тем, что в однофазный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, силовая вторичная обмотка нагружена на несимметричный диодно-тиристорный мостовой выпрямитель, одна дополнительная вторичная обмотка подключена к блоку стабилизации дуги, соединенному с силовым дросселем, а вторая дополнительная вторичная обмотка соединена с блоком управления, содержащим широтно-импульсный модулятор вертикального принципа управления и датчик тока, введены блок защиты и последовательно с тиристорами отсекающие диоды и конденсатор, который установлен между общими точками их соединения, а между общими точками соединения тиристоров и диодов несимметричного мостового выпрямителя через датчик тока подключен силовой дроссель, а параллельно зажимам нагрузки через закрытый контакт токового реле подсоединен резистор, причем блок защиты входом подключен к датчику тока, выходом - ко входам блока управления и промежуточного реле.

Блок защиты выполнен на двух пороговых элементах, состоящих каждый из потенциометра напряжения уставки и стабилитрона на входе транзистора, причем в коллекторе одного транзистора включено промежуточное реле, зашунтированное обратным диодом, а в коллекторе другого подключен диод диодно-транзисторного оптрона, его транзистором зашунтирован потенциометр задающего напряжения, движок которого соединен с транзистором регулируемого сопротивления, шунтирующего резистор интегрирующей RC цепи, подключенной на вход широтно-импульсного модулятора блока управления.

Блок стабилизации дуги выполнен на диодном мостовом выпрямителе с конденсатором на выходе и разрядным тиристором, подключенным к общей точке соединения тиристоров и дросселя.

Анализ известных технических решений в области источников питания (выпрямителей) постоянного тока для дуговой сварки позволяет констатировать выводы об отсутствии признаков, сходных с существенными признаками в заявляемом тиристорном источнике питания для дуговой сварки, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «Существенные отличия».

Сущность изобретения заключается в том, что переключение тиристоров выпрямителя происходит по заданному алгоритму, и проводящий тиристор может быть заперт в любой момент времени, предотвращая возможное короткое замыкание в цепи нагрузки. Такой режим обеспечивается накопленной энергией конденсатора, который в предыдущий полупериод заряжается до амплитудного значения напряжения питающей сети. При отпирании коммутирующего тиристора конденсатор, разряжаясь, запирает отпертый тиристор и перезаряжается током нагрузки до амплитудного значения напряжения силовой вторичной обмотки. Для повышения надежности горения дуги в выпрямителе использован блок импульсной стабилизации дуги.

На фиг.1 приведена принципиальная схема однофазного выпрямителя для дуговой сварки, на фиг.2 показана принципиальная схема порогового элемента, фиг.3 - внешняя характеристика выпрямителя, а на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы выпрямителя.

Однофазный выпрямитель содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого подключена к питающей сети, и три вторичных обмотки 4, 5 и 6. К силовой вторичной обмотке 3 подключен несимметричный диодно-тиристорный мостовой выпрямитель. Одна дополнительная вторичная обмотка 4 предназначена для питания блока 10 управления, а вторая обмотка 5 нагружена на блок 6 стабилизации дуги выпрямителя.

Блок 6 стабилизации дуги выполнен на мостовом диодном выпрямителе 7, к диагонали постоянного тока которого подключен конденсатор 8 и последовательно - разрядный тиристор 9, обеспечивающий импульсную стабилизацию горения дуги.

К общему узлу, являющемуся одним выводом нагрузки 15 (например, плюсом), подключены анодами (или катодами) тиристоры 11 и 12 несимметричного мостового выпрямителя, зажим блока стабилизации дуги и дроссель 13, соединенный последовательно с датчиком 14 тока.

Второй заземленный вывод образован общей точкой встречно-соединенных диодов 16 и 17 и является минусом нагрузки 15.

Последовательно с тиристорами 11 и 12 включены отсекающие диоды 18 и 19, между общими точками соединения которых подключен конденсатор 20. Блок 23 защиты входом подсоединен к датчику 14 тока, выполненному, например, на резистивном шунте с усилителем или на основе эффекта Холла фирмы LEM типа LT200P, а выходом подключен к закрытому контакту 21 промежуточного реле, соединенного с резистором 22, подключенным параллельно выводам нагрузки 15.

Питание пороговых элементов постоянным напряжением Ud, пропорциональным току Id нагрузки, осуществляется от датчика 14 тока и выставляется потенциометром 24.

В блок 23 защиты входят два потенциометра 25 и 26, задающие опорное напряжение UОП, и два пороговых элемента, состоящих из стабилитронов 27, 28 и транзисторов 29, 30. В коллекторах транзисторов 29 и 30 включены промежуточное реле 31, зашунтированное обратным диодом 32, и транзисторная оптопара 33, соответственно.

Питание остальной части схемы блока защиты 23 обеспечивается от источника питания ЕП блока 10 управления. Выходное напряжение Ud и ток Id сварки в нагрузке 15 устанавливается потенциометром 34, задающим напряжение UЗАД управления интегрирующей цепи на резисторе 35 и конденсаторе 36. Параллельно резистору 35 включены транзистор 37 с резистором 38, позволяющие изменять постоянную времени интегрирующей цепи: τ=R1C-(R35·C36), соответствующую минимальному углу αк≈3-5° и минимальному напряжению UУПР, поступающему на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) блока 10 управления. ШИМ выполнен на сравнении пилообразного треугольного напряжения с напряжением UУПР.

Формируемые ШИМ импульсы 42, 43 в один полупериод напряжения 40 симметричны моменту π/2, заполнены высокочастотными импульсами и находятся в противофазе с импульсом 44. Аналогичны импульсы в следующем полупериоде.

При токе сварки Id=(1,2-1,25)·Id.ном увеличивается напряжение Ud на входе блока 23 защиты, пробивается стабилитрон 28 и отпирается транзистор 30. По диоду оптопары 33 потечет ток, преобразующийся в световой поток. Световым потоком диода оптопары 33 открывается фототранзистор, шунтирующий потенциометр 34, при этом прикрывается транзистор 37, изменяется эквивалентное сопротивление RЭКВ=R35·(R38·R37)/(R35+R38+R37) и постоянная времени τ1=RЭКВ·C, определяющая напряжение UУПР на входе ШИМа и угол αK≤90° тиристоров 9, 11 и 12.

Следовательно, блок 23 защиты следит за изменениями тока сварки.

Внешняя характеристика 41 выпрямителя приведена на фиг.3, подобна механической характеристике асинхронного двигателя и зависит от уставки тока IОТС отсечки.

Суть работы выпрямителя состоит в следующем.

В исходном состоянии полярность зарядки конденсатора 20 показана на фиг.1. В положительный полупериод напряжения питающей сети (начало на обмотке 3 обозначено точкой) в момент t1=φ перехода тока 39 в обмотке 3 ШИМ-импульсом 42 с блока 10 управления открывается тиристор 11.

При подключении нагрузки 15 по цепи: обмотка 3 - диод 18 - тиристор 11 - дроссель 13 - датчик 14 тока потечет ток Id. Происходит перезарядка конденсатора 20 током нагрузки 15 через диоды 17 и 19 полярностью, показанной в скобках (кривые 45).

Когда постоянное напряжение Ud, пропоциональное току Id нагрузки 15, превысит опорное напряжение UОП потенциометра 25, пробивается стабилитрон 27 и отпирается транзистор 29. Включается промежуточное реле 29, которое разомкнет свой контакт 21 и отключит балластный резистор 22, который обеспечивает контур протекания тока при отсутствии дуги нагрузки 15. В момент t2k ШИМ-сигналом 42 одновременно открываются разрядный тиристор 9 и тиристор 12. Конденсатор 8 блока 6 стабилизации дуги в течение 30-50 мкс разряжается на контур: дроссель 13 - датчик 14 тока - нагрузка 15, на дугу накладывается стабилизирующий импульс тока.

Обратным напряжением конденсатора 20, показанным на фиг.1 в скобках, запирается тиристор 11. Конденсатор 20, разряжаясь по цепи: (+) - тиристор 12 - дроссель 13 - датчик 14 тока - нагрузка 15 - диод 17 - вторичная обмотка 3 - диод 18 - (-), заряжается полярностью, показанной без скобок. По окончании перезарядки конденсатора 20 открывается диод 19, и образуется короткозамкнутый контур, по которому спадает по экспоненте запасенная электромагнитная энергия. В момент времени t3k+π импульсом 43 повторно открывается тиристор 11, обратным напряжением запирается тиристор 12, а к нагрузке 16 прикладываются удвоенные пульсации выпрямленного напряжения 46, при этом ток Id 47 практически идеально сглажен. Одновременно конденсатор 20, разряжаясь через тиристор 11 - дроссель 13 - датчик 14 тока Id - нагрузку 15 - диоды 17 и 19, перезаряжается током Id нагрузки 15 полярностью, приведенной в скобках. Эпюры перезарядки конденсатора 20 показаны кривыми 45.

При высокой разности потенциалов между электродом и изделием нагрузки 15 воздух, ионизируясь, становится проводником тока, дуга загорается и длительно горит.

В отрицательном полупериоде напряжения сети 3 процессы повторяются с той лишь разницей, что дважды отпирается тиристор 12 и вступают в работу диоды 16 и 19, а коммутирующим становится тиристор 11. За счет удвоенной пульсации выходного напряжения коэффициент сглаживания становится в 5 раз меньше, что позволяет уменьшить индуктивность сглаживающего дросселя и его габариты. Кроме того, при таком способе управления гармонический состав тока, потребляемого из сети, оказывает на сеть минимальное влияние, т.к. основная гармоника (cosφ(1)=1,0) и другие гармоники не имеют фазового сдвига. Амплитуда импульса стабилизации дуги около 200 В.

Выпрямленное напряжение нагрузки 16 определяется по формуле

.

Из уравнения видно, что при αK=30° и амплитуде Um=50 B выпрямленное напряжение не более 7,65 В. Это говорит о том, что предлагаемый выпрямитель может использоваться и как зарядное устройство, и как стартер для запуска автомобильных двигателей.

Из описания следует, что предлагаемый выпрямитель обладает широкими функциональными возможностями, высокими энергетическими и массогабаритными показателями, высокой надежностью.

1. Однофазный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, силовая вторичная обмотка нагружена на несимметричный диодно-тиристорный мостовой выпрямитель, одна дополнительная вторичная обмотка подключена к блоку стабилизации дуги, соединенному с силовым дросселем, а вторая дополнительная вторичная обмотка соединена с блоком управления, содержащим широтно-импульсный модулятор вертикального принципа управления, и датчик тока, отличающийся тем, что введены блок защиты и последовательно с тиристорами отсекающие диоды и конденсатор, который установлен между общими точками их соединения, а между общими точками соединения тиристоров и диодов несимметричного мостового выпрямителя через датчик тока подключен силовой дроссель, а параллельно зажимам нагрузки через закрытый контакт промежуточного реле подсоединен резистор, причем блок защиты входом подключен к датчику тока, выходом - ко входам блока управления и промежуточного реле.

2. Однофазный выпрямитель для дуговой сварки по п.1, отличающийся тем, что блок защиты выполнен на двух пороговых элементах, состоящих каждый из потенциометра напряжения уставки и стабилитрона на входе транзистора, причем к коллектору одного транзистора подключено промежуточное реле, а к коллектору другого - диод оптрона, его фототранзистором зашунтирован потенциометр задающего напряжения, движок которого соединен с транзистором регулируемого сопротивления, шунтирующего резистор интегрирующей RC-цепи, подключенной на вход широтно-импульсного модулятора блока управления.

3. Однофазный выпрямитель для дуговой сварки по п.1, отличающийся тем, что блок стабилизации дуги выполнен на однофазном мостовом выпрямителе с конденсатором на его выходе и разрядным тиристором, подключенным к общей точке соединения тиристоров и дросселя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение при аттестации сварочного оборудования в любых отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами электрической сварки, а именно к устройству автоматического регулирования длины дуги при электросварке.

Изобретение относится к устройству для электродуговой сварки плавящимся электродом сплошного сечения, порошковыми проволоками и самозащитными проволоками в среде активных и инертных газов и их смесях на обратной и прямой полярности в различных пространственных положениях.

Изобретение относится к области электродуговой сварки плавящимся электродом сплошного сечения, порошковыми проволоками, самозащитными проволоками в среде активных и инертных газов, смесях Ar+CO2; CO2+O2; Ar+CO 2+O2 на обратной и прямой полярности в различных пространственных положениях, в частности к способу комбинированного управления переносом электродного металла при сварке плавящимся электродом.

Изобретение относится к способу ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током. .

Изобретение относится к дистанционному регулятору для сварочного устройства. .

Изобретение относится к способу адаптивной импульсно-дуговой сварки покрытыми электродами и может быть использовано при сварке корневых швов стыковых соединений и заполняющих слоев сварных швов металлоконструкций, монтируемых в различных пространственных положениях.

Изобретение относится к способу сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений и может быть использовано при сварке во всех пространственных положениях.

Изобретение относится к области электродуговой сварки, в частности,к способу контроля процесса тандемной сварки, способу тандемной сварки и системе тандемной сварки.

Изобретение относится к источникам питания для электродуговой сварки

Изобретение относится к способу дуговой сварки с использованием сварочной проволоки полуавтоматическим сварочным гибким производственным модулем, полуавтоматическому сварочному гибкому производственному модулю, способу отслеживания сварочной производственной линии с упомянутым модулем и сварочной производственной линии с упомянутым модулем

Изобретение относится к способу управления сварочным аппаратом, содержащим плавкий электрод, в котором величины параметров сварки, требуемых для процесса сварки, запоминают в запоминающем устройстве и хранят в виде так называемых характеристических кривых (1) при помощи, по меньшей мере, одной опорной точки (2) на характеристической кривой (1)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс. Сварочный источник питания включает в себя схему преобразования мощности, выполненную с возможностью приема мощности от первичного источника питания, один или более силовых полупроводниковых переключателей для прерывания мощности от первичного источника питания и преобразование прерываемой мощности в выходную мощность сварки, цифровой контроллер с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) со схемой управления вентилем, которая генерирует выходной ШИМ-сигнал, который управляет переключением одного или более силовых полупроводниковых переключателей. Выходной ШИМ-сигнал включает в себя рабочий цикл, скорректированный с учетом одного или более источников ошибки в сварочной системе. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ управления подводом тепла для сварочных систем включает в себя этап приема данных, кодирующих требуемый диапазон значений подвода тепла, заключенных между верхним и нижним пределом. Способ также включает в себя этап приема данных, кодирующих регулируемое значение первого параметра сварки из набора параметров сварки, и определение его изменения, используемое для определения значения второго параметра сварки из набора параметров сварки, которое обеспечивает поддержание величины подвода тепла при сварке в пределах заданного диапазона значений. Сварочные системы, использующие данный способ управления подводом тепла, содержат источник электропитания для сварки и соединенную с ним схему управления, которые выполнены с возможностью осуществления операций, обеспечивающих поддержание заданного значения величины подвода тепла в соответствии с данным способом. Сварочная система может также содержать податчик проволоки, соответствующую систему позиционирования и может быть выполнена с возможностью осуществления сварки под флюсом. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к модулю управления и сварочной системе для дуговой сварки(варианты). Для сопряжения сварочного источника (12) питания и механизма (16) подачи проволоки предусмотрен внешний модуль (14) управления. Сварочный источник (12) питания предназначен для обмена сигналами управления, сигналами обратной связи и т.д. по кабелю (30) управления, когда тот подключен к стандартному механизму подачи проволоки. Внешний модуль (14) управления обеспечивает использование источника (12) питания с механизмом (16) подачи проволоки, который предназначен для обмена данными, объединенными в единственном кабеле (32) со сварочным питанием. Модуль (14) подключен к сварочному кабелю (26) и кабелю (28) заготовки, идущему от источника (12) питания, и к кабелю (30) управления, например, идущему от многоштырькового соединителя на источнике питания. Модуль (14) также подключен к механизму (16) подачи проволоки посредством сварочного кабеля (32). Модуль объединяет данные со сварочным питанием для передачи в механизм подачи проволоки и выделяет данные из сварочного питания для подачи в источник питания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области сварки, осуществляемой штучными покрытыми электродами. При данном способе сварки обеспечивают постоянную скорость плавления электрода во времени, а плотность тока дуги J во времени t регулируют в соответствии с формулой где β - коэффициент пропорциональности, равный β = (Aк - A0)/tэJ0, A0 - начальное значение коэффициента расплавления электрода, Aк - конечное значение коэффициента расплавления электрода, J0 - начальное значение плотности тока на электроде при зажигании дуги, tэ - время полного сгорания электрода при плотности тока на электроде J0. Использование изобретения позволяет увеличить производительность сварки. 1 ил.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для сварного соединения встык краев полос на установке для соединения встык (M1) установки обработки полос. При этом устройство контроля (C1) содержит средства соединения (C15), предназначенные для его соединения с центральной системой автоматизированного управления (A1) упомянутой установкой обработки полос и упомянутой установкой соединения встык (M1) для обмена по меньшей мере одного параметра полосы и обмена по меньшей мере одного рабочего параметра. Вычислительное устройство (C11) выполнено с возможностью рассчитывать на основе упомянутых параметра полосы и рабочего параметра по меньшей мере один термический параметр сварного соединения, а средства контроля и определения характеристик (C14) сварного соединения выполнены с возможностью контролировать процесс сварки в зависимости от упомянутого термического параметра. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх