Вентильный выпрямитель для дуговой сварки



Вентильный выпрямитель для дуговой сварки
Вентильный выпрямитель для дуговой сварки

 


Владельцы патента RU 2558808:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" (RU)

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами на постоянном токе. Выпрямитель содержит трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к питающей сети, и двумя вторичными обмотками, одна из которых подключена к несимметричному тиристорно-диодному мостовому выпрямителю, а вторая соединена с блоком управления. Последовательно с тиристорами мостового выпрямителя установлены отсекающие диоды, между точками соединения которых с тиристорами подключен коммутирующий конденсатор. В диагональ моста постоянного тока, образованную тиристорами и диодами, включены нагрузка, первичная обмотка импульсного трансформатора, зашунтированная обратным диодом, и датчик тока, связанный через блок защиты с блоком управления, а параллельно нагрузке установлен резистор. Вторичная обмотка импульсного трансформатора с параллельно подключенным ей накопительным конденсатором одним концом через динистор подключена к точке соединения тиристоров мостового выпрямителя, а другим концом - к точке соединения диодов мостового выпрямителя. Выпрямитель имеет улучшенную регулировочную характеристику, минимальные пульсации, небольшие массу и габариты, а также обеспечивает высокие энергетические показатели. 2 ил.

 

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами, в частности к электросварочным трансформаторам переменного тока.

Вентильный 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 для стартерного запуска двигателей автомобилей и зарядки аккумуляторный батарей.

Известен однофазный сварочный выпрямитель (см., например, патент РФ №2060126), содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из частей, два тиристора, два диода и двухсекционный дроссель, подключенные к частям вторичной обмотки, причем число витков вторичной обмотки выбрано исходя из условий получения максимального и минимального сварочного тока, обеспечивающих 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 (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, а также неоптимальная схема управления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является сварочный выпрямитель для дуговой сварки, выбранный в качестве прототипа (патент RU №2441734).

Вентильный выпрямитель содержит блок фазового управления, многообмоточный трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к однофазной питающей сети, и три вторичные обмотки, одна из которых нагружена на несимметричный диодно-тиристорный выпрямитель с коммутирующим конденсатором, вторая - на диодный мост блока стабилизации дуги, а третья - на блок управления с блоком защиты, причем одноименные электроды тиристоров через трансформатор тока и дроссель соединены с нагрузкой и блоком стабилизации дуги.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции, большая габаритная мощность трансформатора, невысокая стабильность горения дуги.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение выпрямителя, снижение габаритной мощности силового трансформатора, получение более эффективной регулировочной характеристики, повышение стабильности горения дуги.

Поставленная цель достигается тем, что в вентильный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий однофазный трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, одна вторичная обмотка соединена с блоком управления и защиты, а другая - нагружена на несимметричный тиристорно-диодный выпрямитель, и датчик тока, соединенный через блок защиты с блоком управления, в котором последовательно с тиристорами смежного плеча установлены отсекающие диоды и коммутирующий конденсатор между их одноименными электродами, введен импульсный трансформатор, который подключен первичной обмоткой, зашунтированной обратным диодом, между одноименными электродами тиристоров и диодов моста через датчик тока и нагрузку, а его вторичная обмотка нагружена на накопительный конденсатор и через динистор подключена к зажимам нагрузки, причем параллельно нагрузке установлен резистор.

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 вентильном выпрямителе 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 открытый тиристор и перезаряжается током нагрузки до амплитудного значения напряжения силовой вторичной обмотки. Один и тот же тиристорно-диодный ключ в течение полупериода выполняет поочередно функции регулирующего ключа и нулевого вентиля.

Для зажигании дуги используются импульсы, коммутирующие тиристоры, а для повышения надежности горения дуги в выпрямителе используется энергия накопительного конденсатора, заряжаемого от импульсного трансформатора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема вентильного выпрямителя для дуговой сварки, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы выпрямителя.

Однофазный вентильный выпрямитель содержит силовой трансформатор 1, с первичной обмоткой 2, подключенной к питающей сети, и двумя вторичными обмотками 3 и 4. К силовой вторичной обмотке 3 подключен несимметричный диодно-тиристорный мостовой выпрямитель. Другая вторичная обмотка 4 предназначена для питания блока 5 управления, связанного с блоком защиты 6. К общему зажиму 7, образованному катодами (или анодами) тиристоров 8 и 9 несимметричного мостового выпрямителя, через датчик тока 10 подключен одним выводом импульсный трансформатор 11, соединенный с нагрузкой 12. Второй заземленный вывод образован общей точкой встречно-соединенных диодов 13 и 14 и является минусом нагрузки 12. Последовательно с тиристорами 8 и 9 включены отсекающие диоды 15 и 16, между общими точками соединения которых подключен коммутирующий конденсатор 17.

Первичная обмотка 18 импульсного трансформатора 11 зашунтирована обратным диодом 19, а его вторичная обмотка 20 нагружена на накопительный конденсатор 21 и через динистор 22 соединена с зажимом 7 (плюсом). Параллельно нагрузке 12 подключен резистор 23.

Блок защиты 6 входом подсоединен к датчику тока 12, выполненному, например, на резистивном шунте с усилителем или на основе эффекта Холла фирмы LEM типа LT200P, а выходом подключен к блоку управления 5 на базе широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Сигнал датчика тока 10 сравнивается с опорным напряжением UОП, и разностный сигнал поступает на вход блока 5 управления ШИМом. Последний выполнен на сравнении пилообразного напряжения с постоянным напряжением UУ.

Суть работы выпрямителя при фазовом управлении по моменту включения регулирующего ключа состоит в следующем.

В исходном состоянии полярность зарядки конденсатора 17 показана на фиг.1. В положительный полупериод напряжения питающей сети (начало на обмотке 3 обозначено точкой) в момент α=0 ШИМ-импульсом с блока управления 5 открывается тиристор 9. Коммутирующий конденсатор 17, разряжаясь по цепи: +17-9-18-10-23-14-16-минус 17, перезаряжается обратной полярностью. При касании электродом детали образуется короткозамкнутый контур нагрузки: 9-18-10-12-13-15-9. На интервале 0≤α≤αК ток 24 спадает по экспоненте, рассеиваясь на активных сопротивлениях контура.

При заданном угле коммутации α=αК импульсом ШИМ с блока управления 5 отпирается тиристор 8 (фиг.1 и 2, г) и в диапазоне αК≤α≤φ избыточная электромагнитная энергия нагрузки, протекая встречно с напряжением сети по цепи: 16-8-18-10-12-13 - обмотка 3, возвращается в сеть (фиг.2, а). В момент α=φ перехода тока 25 через нуль открывается тиристор 9 и в диапазоне φ≤α≤π по цепи: обмотка 3-15-9-18-10-12-14 - из сети потребляется ток 25. Коммутирующий конденсатор 17 перезаряжается по контуру: +17-9-18-10-12-14-16 - минус 17, при этом к нагрузке 12 прикладывается разрядный импульс, зажигающий дуги. Ток 26 нагрузки 12 представляет собой сумму токов 24 и 25, протекающих по вторичной обмотке 2 и силовым элементам выпрямителя, а на обмотке 3 формируется напряжение 27. Коммутирующий импульс, амплитудой около 300 В, поджигает дугу. При высокой разности потенциалов между электродом и изделием нагрузки 12 воздух, ионизируясь, становится проводником тока, дуга загорается и длительно горит. Кроме того, протекающий по импульсному трансформатору 11 ток 26 наводит в его вторичной обмотке 20 ЭДС, заряжающую накопительный конденсатор 21. При напряжении пробоя динистор 22 отпирается, и энергия накопительного конденсатора 21, амплитудой 40-60 В, поддерживает стабильное горение дуги.

В отрицательном полупериоде с момента α=π открывается тиристор 8, коммутирующий конденсатор 17 запирает тиристор 9, перезаряжаясь полярностью, показанной в скобках на Фиг.1. В диапазоне π≤α≤π+αК образуется коротко замкнутый контур нагрузки 12, по которому протекает ток 24. В последний момент, согласно алгоритму рис.2, б, повторно отпирается тиристор 9, и образуется контур рекуперации электромагнитной энергии. К нагрузке 12 прикладывается коммутирующий и разрядный импульсы, зажигающие и поддерживающие горение дуги импульсы. На интервале π+φ≤α≤2π открыты тиристор 8 и диод 13. Далее процессы повторяются.

По нагрузке протекает выпрямленный ток 28, практически сглаженный. В отрицательном полупериоде напряжения обмотки 3 процессы повторяются с той лишь разницей, что дважды отпирается тиристор 8, и вступают в работу диоды 13 и 16. Выпрямленное напряжение 28 нагрузки 16 определяется по формуле

U d = U m π ( 1 + cos α k )

Из уравнения видно, что при αК=60° (отсчет от α=π) и амплитуде Um=50 В выпрямленное напряжение не более 7,96 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.

Вентильный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий однофазный трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, одна вторичная обмотка соединена с блоком управления, а другая подключена к несимметричному тиристорно-диодному мостовому выпрямителю, датчик тока, связанный с одним из выводов нагрузки и через блок защиты с блоком управления, при этом последовательно с тиристорами упомянутого мостового выпрямителя установлены отсекающие диоды, между точками соединения которых с тиристорами подключен коммутирующий конденсатор, точка соединения диодов мостового выпрямителя подключена к другому выводу нагрузки, а между выводами нагрузки установлен резистор, отличающийся тем, что он снабжен импульсным трансформатором, который подключен первичной обмоткой, зашунтированной обратным диодом, между точкой соединения тиристоров мостового выпрямителя и датчиком тока, а его вторичная обмотка, параллельно которой установлен накопительный конденсатор, через динистор подключена к точке соединения тиристоров мостового выпрямителя, а другим концом - к точке соединения диодов мостового выпрямителя.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к способу импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов. Изобретение может быть использовано в судостроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях машиностроения.

Группа изобретений относится к сварочной технике, а именно к способу и источнику питания для электродуговой сварки трехфазной дугой. Источник питания содержит блок управления, выполненный в виде микропроцессора, и три цепи, каждая из цепей состоит из последовательно соединенных выпрямителя и инвертора, и они выполнены с возможностью соединения входом с источником энергии.

Устройство предназначено для импульсного питания сварочной дуги с плавящимся и неплавящимся электродами. Устройство состоит из источника питания 1, к положительному полюсу которого подсоединены коммутирующий дроссель 2 и силовой тиристор 3, зашунтированные последовательно включенными блокирующим диодом 4 и резистором 5, причем к точке соединения катода диода 4 и резистора 5 подключена обкладка фильтрующего конденсатора 6, а вторая его обкладка подключена к минусу источника питания 1, а также дросселя 8, который включен в сварочную цепь.

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.

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами и предназначено для сварки металлоконструкций и изделий различной толщины при производстве монтажных и ремонтных работ в строительстве, в быту и других областях народного хозяйства.

Изобретение относится к способу прерывания короткого замыкания (30) при сварке короткой дугой. При возникновении короткого замыкания (30) устанавливают промежуток (32) времени, в котором осуществляют определенную токовую характеристику для прерывания короткого замыкания (30) внутри промежутка (32) времени.

Изобретение относится к способу дуговой электросварки заготовки (варианты), в котором во время произведения сварки выполняют перемены сварочного процесса. Осуществляется переход от произведенного сварочного процесса к последующему сварочному процессу посредством короткого замыкания между расплавляемой сварочной проволокой и заготовкой.

Изобретение относится к способу формирования импульсов сварочного тока и устройству для его осуществления и может быть использовано для автоматической сварки в среде защитных газов и для сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом асимметричными по амплитуде импульсами переменного тока прямоугольной формы.

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 сварочного производства. Представленные устройство и способ могут быть использованы для определения во время процесса сварки индуктивности сварочного кабеля на основе измерения размаха пульсации напряжения на выходных сварочных клеммах при переключении силовых полупроводниковых переключателей. Указанная индуктивность может быть использована, например, для управления параметрами процесса сварки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 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 способу ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током. На ток паузы налагают дополнительные импульсы сварочного тока, следующие с частотой не менее 50 Гц. Амплитуду и длительность дополнительных импульсов устанавливают равной номинальному значению сварочного тока для каждого диаметра электрода и его конкретной марки. Длительность основных импульсов тока формируют в виде серий дополнительных импульсов с частотой следования в серии 200…130 Гц и изменяют в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного. Длительность дополнительных импульсов в сериях увеличивают до максимально возможной, а длительность серий дополнительных импульсов увеличивают до величины, обеспечивающей заданное количество наплавленного металла. Длительность дополнительных импульсов, протекающих в интервале основной паузы, уменьшают до минимально возможной. Технический результат заключается в улучшении формирования заполняющих и облицовочных швов и в расширении возможности настройки параметров режима и их изменении в процессе сварки за счет незначительного изменения длины дуги. 1 ил.

Изобретение относится к электродуговой сварке металлов и сплавов плавящимся электродом в аргоне или смеси не менее 80% аргона с углекислым газом. Способ включает формирование последовательности импульсов сварочного тока, в паузах между которыми устанавливают базовый ток дуги Iб, соответствующий крупнокапельному переносу металла с электрода в сварочную ванну, а в импульсе ток дуги повышают до пикового тока с амплитудой Iп=(1,5 - 2,0)Iкр, где Iкр - критический ток, и поддерживают ток импульса в течение времени, обеспечивающего струйный перенос металла. При этом длительность паузы равна длительности импульса. Применение изобретения позволяет улучшить качество формирования шва и расширить диапазон режима сварки с мелкокапельным управляемым переносом электродного металла от управляемого источника питания с инверторным преобразователем. 3 з.п. ф-лы, 2 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.

Изобретение относится к способу плазменно-дуговой сварки. Осуществляют непрерывную сварку свариваемых заготовок в защитном газе проникающей плазменной дугой с использованием импульсного сварочного тока. В качестве сварочного тока используют импульсный ток. Частоту импульсов импульсного тока регулируют таким образом, чтобы она составляла частоту, синхронизированную с собственной частотой сварочной ванны (Р) во время сварки. Регулирование частоты импульсов сварочного тока осуществляют в диапазоне от 0,8 до 3,0 собственной частоты колебаний сварочной ванны. При этом обеспечивается регулирование вибрации сварочной ванны во время сварки со сквозным проплавлением за счет синхронизации с частотой импульсов импульсного тока. В результате, при выполнении плазменно-дуговой сварки со сквозным проплавлением получают устойчивый корневой валик требуемой высоты, без стекания каплями и неровностей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх