Устройство для стабилизации напряжения многопостовых сварочных выпрямителей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 5 0742 3 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 21.08.72 (21) 1 823036!25-2-; с присоединением заявки (51) N, Кл.

В 23 K 9/10 (23) Приоритет

Государственный комитет

Соввта Министров СССР оо делам кэаоретений к открытий (43) Опубликоваио25.03.76. Бюллетень № 1 1 (45) Дата опубликования описания 30.04,76. (ЬЗ) УДК

621. 79 1, 75. 03 7

{ 088.8) (72) Авторы изобретения! °

Г. Лосев, Ф;::.;,; .,«,i. ГтЯ

Е. A. Шеронов, К. А. Милованов. 10. И. Бондаренко, В

Г. A. Попков и Б. Т. Кошкарев (71) Заявитель

Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ

МНОГОПОСТОВЫХ СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам сварочной техники и может. быть использовано в мощных выпрямителях. при многопостовом и централизованном питании током сварочных дуг при сварке в среде углекислого газа.

Известен стабилизатор напряжения к сварочному выпрямителю, обеспечивающий многопостовую сварку в среде СО и содержащий в качестве исполнительного элемента 1л управляемые кремниевые вентили-тиристоры, включенные попарно по встречно-параллельной

IcxeMe в каждую фазу питающей сети, каналы управления тиристорами, сигнал на вход ,которых подается от измерительно-усиля- ц тельной схемы через неуправляемые диоды ,и каждом канале управлении, Каналы управления для всех трех фаз одинаковы и состоят из формирователя пилообразного напряжения и формирователя им- 2О пульсов фазового управления на двух транзисторах. Измерительно-усилительная схема стабилизатора напряжения подключается к выходу выпрямителя через переменный резис( тор, который позволяет установить необходи- 25 мую величину стабилизированного напряжения а выходе выпрямителя.

Укезенный стабилизатор напряжения поз.воляет изменять величину стабилизировен| чого напряжения. Однако в этом устройстве нет возможности осуществить корректировку внешних характеристик„ т. е. менять ,их наклон, Вместе с тем известно, что при увеличении токе нагрузки (особенно при сварке в вериткельном и потолочном положениях) требуется иметь возрастающую внешнюю

;характеристику источника

Известный стабилизатор обеспечивает стабилизацию выходного напряжения только одного выпрямителя, Но не может быть использован в системах дентрелизованного пи:тания током сварочных постов, когда группе многопостовых источников питания подключается параллельно к общему шинопроводу v. обеспечивается экономичная работа источников питания зе счет включения-отключения их в зависимости от реальной нагрузки в шинопроводе.

В извес гном стабилизаторе выполнение формирователя импульсов фазового рпревле5t? (42! ния на двух транзисторах нескопьк- усложняет схему.

Цепью кзобретения является создание ус-;ройства, обеспечивающего возможность корректировки внешних характеристик многопос- 5 товых сварочных выпрямителей них параллельной работы HB общий шинопровол, е также упрощение схемы формирователя импупьсов фазового управления при одновременном повышении качества сварных соединений. ))Î

Это достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения вход блока фазового управпения (база транзистора формироватепя пилообразного напряжения) соединен череа дополнительно введенные в схему переменный резистор и неуправляемый диод соответственно, с выходом измеритепьноусипитепьной схемы и с выходом блока автоматического уг равпения группой выпря— митепек, работающих на общий шинопровод„ причем формироватепь импульсов фазового управления выполнен ня маломошном тиристоре, Введение в схему предлагаемого устрой- ства переменного резисторе дает возможность ре.-улировать коэффициент усиления иамеритепьно-усилительной схемы, что обеспечивает корректировку внешних характеристик источника питания (многоггостовых сва- ЗО рочных выпрямителей), т. е. поавопяет менять наклон этих характеристик и по.-учять их независимвгми (жесткими) либо зависимыми (возрастающими) от увепичения то— кя нагрузки в шинопроводе. Я

Источник питания с жесткой внешней характеристикой при наличии общего шинопровода постоянного тока и при большом чи спе разноудаленных свярс> нных и остов довольно часто не обеспечивает постоянст- 46 ва напряжения на дуге (ня посту). Зто может привести к снижению стабильности процесса и качества сварного шва.

Уменьшения падения напряженич на шинопроводеможнодостигнуть увепичением сече- 4с чия шинопровода, что, однако, экономически, нецелесообразно. Более рациональным в этом случае является работа выпрямитепя на возрастаюших внешних характеристиках.

В этом случае с возрастанием токя нягруз- Ьц кк напряжение выпрямителя возрастает и за счет этого напряжение не дуге изменяется незначитепьно при соответствующей крутизне хар >ктеристики. Посточнство напряжения на постах при их совместной рабсте 55 обеспечивает стабкпьность процесса и высокое качество сварки.

Введение новой функциональной связ - (через диод) между входом блока фазового управпения и выходом блока автоматического управ-® лег>ия груп>>ой выпрями гелей, р; бг таки,г>х и» обший шинопровод, позг>оля> Г иГггг1ггг>зОВ > i e предпагяемое устройство для ".l t»löë»ýt>öèè напряжения в системах цент!>япизовяггнс>го питания током свярочных ности>в. )!ри этг>, обеспечивается более эффективное испопьзо— ванне каждого выпрямителя.

Применение в схеме формирователя им— пульсов фазового упрявпения маломощного тиристоре упрошает ее и делает более надежной.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; ня фиг. 2 — принципиальная схема этого устройства (для упроцгения на ней показан один блок фазового управления); ня фиг. 3 — система центрапизовянного пи— тания током сварочных постов.

Устройство для стабилизации напряжения

1 с выпрямителем 2 и шинопроводом 3 содержит блок 4 силовых тиристоров, включенных попарно по встречно-параллельной хеме в каждую фазу . гитгвгошей сети, блоки 5 фазового управления тиристорами (БФУ), измеритепьно-усилительную схему г> (И УС), подклеенную ня вь ход сварочного многопос— тового выпрямителя 2. К общему шинопроводу 3 подключены сварочные посты (на чертеже не показаны).

Измерительно-усипитепьняя схема (сгл. фиг. 2) имеет входной резистор 7, усилитель 8 постоянного тока с большим коэффициентом усиления и выходной резистор 9, который через диод 1 0 (в каждом бпоке фазового управления 5) связан с базой транзистора 1 1 формирователя пилообразного напряжения. Б состав последнегс входят также постоянные резисторы 12 л 13, диод

14, фазоупрявг яюшяя емкость 15 и подстро— ечный резис-;.ор 1Q„

Мяпомощный тиристор 1 7, импульсный трансформатор 18, диод 19 и емкость 20 представляют собой формирователь импуль сов фазового упрявпения силовым тиргстором в блоке тиристоров 4. Диод 21 обеспе— чивает связь с блоком автоматическогг управления (БУГУ) 22 (см; фиг. 3) группой выпрямителей 2, работаюших на обший шинопровод 3.

Блок 22 содержит первичный преобразо-, ватель (шука) 23, включенный в разрыв об— щего шинопровода, усилитель 24 и блок 25 пороговых эпементов, Блок силовых тиристоров 4 являеТся ис-: полнительным элементом устройстя 1, осуществпяюшим регулирование напряжения и первичных обмотках силового трансформято— ря сварочного выпрямителя 2 в зависимости от времени подачи импульса фазового управления, поступающего из блока фазового управления 5.,">Г) 121 свои> очередь,. время подачи этого .шуль—

< .: (ИО отношению к основной иолуволке ии<ииощего напряжения) зависит от разницы ме)кду текущим значением выходного капрчжекия выпрямйтеля и напряжением настройки. Эта разница вырабатывается в измери— тельно-усилительной схеме 6.

Резистор 7 позволяет установить необходимую величину стебилизированного напряжения на выходе выпрямителя 2. Резистор 9 служит для изменения коэффициента у иления усилителя 8,. и, в конечном счете, для обеспечения корректировки внешних характеристик выпрямителя 2„Через циод 21 осуществляется функциональная связь с блоком )б автоматического управления 22 в случае, когда предлагаемое устройство 1 включеко в состав централизованной системы питания.

Устройство работает следующим образом.5) Выпрямленнос напряжение, снимаел ое с переменного резистора 7, вводится в схему сравнения измерительно-усилительной схемы 6, где сравнивается с эталонным

Напряжением настройки. Разница между кими усиливается в усилителе 8. Переменным резистором 9 регулируется коэффициент усиления последнего и устанавливается наклон внешней характеристики выпрямителя, Снима — З) емый с резистора 9 сигнал вводится через диод 10 в блок фазового управления 5 на базу транзистора 11.

Кроме того, на базу через резистор 13 и диод 14 подается переменное синусоидальное напряжение LL)) (см. фиг. 2) в противофазе с напряжением питания U и на аноде тиристора 17 для разряда фазосдвигающей емкости: 15 в нерабочий полупериод напряжения питания. 49

Заряд емкости 15 осуществляется через резистор 16 от источника стабилизированного напряжения У,„. Импульсы управления через импульсный трансформатор 18 вводятся в блоксиловых тиристоров 4. Время подачи импульса управления на тиристор определяется состоянием транзистора 11 и напря:кением заряда емкости 15, Состояние же транзистора (потенциал базы его} определяется входным сигналом, пропор- 56 циональкым алгебраической сумме сигналов, приходящих из измерительно-усилительной схел(ы (через резистор 9 — диод 1 О) от источника U и из блока автоматического управления 22, если предлагаемое устройс во рабо- 5<) тает в системе централизованного питания и остов.

Чем ближе состояние транзистора 11 к насыщению, тем ниже напряжение заряда ( емкости 15 и тем позже по отношению к 60

t>

ОсновиОЙ <:(. )<уil(<. l < i; i I I(T)) кипег(< па и <)я)<<Спи lf будет .)Од () ими, .: с фаз(<))<>г(< уир;)плени<) в Оот)1(т(твь ю)ци: <.иловОЙ TI(p)lcT<)D. Н)1<)бо— р()т, че . . Олиже cc тояиие т() (кз.!ст()ря 1(1 к (е)<(ил:у BT(ечкя", тем вьиие капряжеиие заряда емкости < 5 и гем раньше будет подан импульс управления. Схема обеспечивает рег(лир )BBIII

ЭП. -.

I".ÿ —.,р;<с тора 17 последний открывается и

BQ BfОричкОЙ Обмотке трансформатора 18

D индуктир-ет< я импульс управления, подаваемый:-(а уират) якииий электрод соответствуюшегA:(илово: о тк;.)истора в блоке 4.

",B, п..<ятическяя коррекция угла Открывя—

НИЯ ТИР)ИСТОРЯ J В BЭЯВИСИМОСТИ ОТ TOKQ кагруз";II B шинопроволе 3 осуществляется тракэ<(стором 1 1., Например, при увеличении тока нагрузки (подключение сварочных пос— тов} иапря)кение ка шикоироводе уменьшается, Ня в);Од усилителя 8 подается меиьшее ка - ря:". е" "=:: с () Be-.-"твенно уменьшаются капря кeHI í=: вь<ходе силителя 8 и напряже.ние, и даваемое = блок фазового управле,ния 5 с резистора Е ч<;рез диод 1 О. При этом .-.Остоя Ilie транзистора 1 1 будет бли)I(e ". режиму "отсечка" и, кяк указывалось выи е, импульс управления ка силовой тиристор будет подан раньше, а на силовой гранО сформатор выпрямителя 2 будет подана большая часть полуволкы напряжения сети.

Если учесть, что также будут работать и остальные силовые тиристоры в блоке 4, то выходное напряжение выпрямителя возрастает. При умекь некии токе нагрузки (отключе::.ие сварочных постов} картина ра607BI „:.дет 6PBT наи и, B коне IH()i c IeTe, выход - Ae л(яи ряжек lie снизится. Сикх рОн изация рабо.-ы вс х блоков фазового управле— ния 5 осуществляв;(:ÿ частотой питающей сети i 5(, II}. Напряжение U>, подающееся на базу -рапзи(.тор;=. 11 через диод 14 и резистоp 13 B противофазе с напряжением литани= (.,",-,, в . -:ерабочий период обеспечивает глубокое насыщекие транзистора 11.

При этом е кость 15 полностью разряжается ; импульс управления не формируется.

Это исключает влияние постоянной составляющей выходного напряжения выпрямителя ка работу схемь<, Напряжен..е управления U из блока автоматическог(управления 22 через диоды 21 подается Одновремекко ка базы тра))зисторов

11 всех <ие ти блоков 5 одного устройст— ве дл

507421 этого сигнала пропорциональна суммарному току нагрузки в шинопроводе 3.

В общем виде блок 22 представляет собой функци ональный узел>иэк еряющи и ток нагрузки в шинопроводе 3 и выводящий сигнал, пропорциональный этому току вустройстве 1 отдепьных сварочных выпрямителей. Пороговые элементы ь блоке 25 имеют различные уровни (пороги); срабатывания и электрически связаны каждый со "своим выпрямителем {а )9 точнее; со своим" устройством "1 ) через диод 21..

Сигнал М, поступающий из блока 22, может быть как релейного (ключевого), так и линейного (аналогового) характера. В;

l первом случае транзистор 11 либо глубоко. )5

1 насыщен и выключает данный выпрямитель

2 (силовые тиристоры заперты), либо полностью запирает транзистор 1 1 (эквиваленTHG обрыву по данному входу), тем самым разрешая режим стабилизации напряжения 20 устройства 1 в функции двух сигналов, подаваемых через диод 10 и через элементы

13 и 14. Во втором случае аналоговый сигнал, пропорциональный току в шинопвоводе 3, является третьим слагаемым в алгеб-:М раической сумме сигналов, поступающих на базу транзисторов 11, и активно влияет на процесс стабилизации напряжения, осуществляя при этом обратную связь по току.

Блок 22 работает так, что при нараста- З0 нии тока нагрузки до вполне определенной велиI чины (обычно равной или близкой к номинальному току одного выпрямителя) осуществля. ется работа только одного устройства 1, а на все остальные накладывается сигнал заперт за счет сигнала управления, создающего глубокое насыщение транзистора

11.

При увеличении тока нагрузки выше указанной величины снимается " запрет со второго устройства. Последнее автоматически включается, и ток нагрузки распределяется между двумя работающими вып рямителями. Третий выпрямитель включится, ког-, да -ок нагрузки в шинопроводе 3 превысит 4 суммарный номинальный ток двух уже работающих выпрямителей и т. д. Отключение выпрямителей роисходит вэтом, тически по мере снижения тока в шинопроводе

3 в обратном порядке.

Регулируя резистором 9 величину выходного сигнала усилителя 8 можно получать при одном и том же выходном напряжении выпрямителя различную величину углов открывания тиристоров 17 (следовательно, и силовых- тиристоров), т. е. менять наклон выходных характеристик выпрямителя.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации напряжения многопостовых сварочных выпрямителей, работающих на общий шинопровод, преимущественно для сварки в СО, содержашее в каждой фазе питающей сети блок силовых тиристоров, включенных по встречно-параллельной схеме и управляемых индивидуальными блоками фазового управления, сигнал на вход которых подается от иэмерительно-усилительной схемы, о т л ич а ю Ш е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем корректировки внешних характеристик устройства, вход каждого блока фазового управления (база транзистора формирователя пилообразного напряжения) подключен через переменный резистор и диод к выходу иэмерительноусилительной схемы, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью использования его при централизованном питании постов от нескольких выпрямителей, работающих на общий шинопровод, вход каждого блока фазового управления через диод подключен также к выходу блока автоматического управления, содержащего первичный преобразоеат ль, усилитель R блок пороговых элементов, управляющий количеством одновременно работающих выпрямителей.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, формирователь импульсов блока фазового управления выполнен на маломощном тиристоре.

507421

Х савау аоса7а т

Составитель Г. Тютченкова

Техред М. Ликович Корректор Л. Тромбола Редактор Л. Народная

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 1 79 Тираж 11 7ц Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5