Устройство для управления тиристорным преобразователем

 

Союз Советсмик

Соцналмстнчесмык республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1747646 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 11.04.78 (2l ) 2602574/25-27 с нрнснедмненнем заявкн ¹ (2;j) Приоритет

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования опнсання 17.07.80 (51)М. Кл.

В 23 К 9j10

Гооударстввиный комитет

II0 авлаи нэобретвиий в открытий (53) УДК 621.791..7 5(088. 8) Б. В. Худяков, В. Ф. Постаушкин, И. С. Пинчук и М. Я. Клебанов (72) Авторы изобретения

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Центральный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт механизации и энергетики лесной промышленности (7I ) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области сварочюй техники, в частности к устройствам управления для электродуговой сварки тон колистовых конструкций, и может быть использовано в области электротехники, и в частности в электроприводе.

Известно устройство управления тиристорным преобразователем для электродуговой сварки, которое содержит тиристорный преобразователь, блок обратной связи, источник напряжения задания, схему управ-т 0 ления тиристорами преобразователя, а так же Регулируемый операционный усилитель или усилитель с интегральным регулированием hlj.

Недостатком такого устройства sample ся невысокое качество дуговой сварки тонколистовых конструкций вследствие того, . .что регулирование углов зажигания тиристоров преобразователя в этих устройствах осуагествляется не по мгновенному значению сварочного тоха, а по усредненному (интегральюму) значению тока, что сны° жает быстродействие регулирования тока и может привести к неравномерному проплавленпю тонколистового металла или его прожогу электрической дугой при наличии скачкообразных изменений сварочного тока.

Известно устройство управления тиристорным преобразователем, содержащее тирпсторный преобразователь, блок обраъиой связи, формирователь импульсов, источник напряжения задания, элемент срав нения, один нз входов которого подключен к источнику напряжения задания, а другой вход — к выходу блока обратной связи, вход которой соединен с выходом тиристорного преобразователя, Кроме того, такие устройства содержат усилитель рассогласования, блок импульсно-фазового yrt равления тиристорами, узел фазового сдвига и распрецеделятель импульсов (2), Недостатком таких устройств с импульс но-фазовым управлением тиристорами преобразователя является также невысокое качество дуговой сварки тонколистовых конструкций вследствие большой инерцлсъ7476 1 б ности такого управления, что также может привести K проплавлению тонколистового металла и его прожогу электрической дугой.

1!звестно устройство управления тиристорным преобразователем, содержащее тиристорный преобразователь, блок обратной связи, формирователь импульсов, релейный элемент, источник напряжения задания и блок сравнения, выход которого соединен 10 со входом релейного элемента, один из входов блока сравнения подключен к источнику напряжения задания, а другой его вход - к выходу блока обратной связи, вход блока обратной связи подключен к выходу 15 тиристорного преобразователя, управляющие входы которого подключены K выходам фо змирователя импульсов.

Данное устройство обеспечивает релейно-фазовое управление углами зажигания 20 тиристоров преобразователя, что позволяет использовать преимушества систем .с фазовым управлением (плавность регулирования угла зажигания тиристоров) с сохранением преимуепеств систем с релейным 25 управлением (простота и высокие динамические свойства, например, быстродействие) .

Такие устройства с релейно-фазовым управлением тиристорами преобразователя применяются преимущественно для регулиро- З0 вания электроприводов постоянного тока с питанием от трехфазной сети (3), Однако при использовании такого устройства для регулировайия тиристорами преобразователя применительно к электро- 35 дуговой сварке, качество сварки получается невысоким из-за отсутствия возможности регулирования и ограничения минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя. Это при- 40 водит к несимметричной работе тиристоров преобразователя, а, следовательно, к скачкообразным изменениям сварочного тока, разбрызгиванию и прожогам метал45

Uemь изобретения — возможность применения известного устройства для сварки тонколистовых конструкций от сети переменного тока; при регулировании мини50 мального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство снабжено схемой совпадения, выпрямителем напряжения сети

55 и двумя пороговыми элементами, один из пороговых элементов своим выходом подключен к одному из входов схемы совпадения, к другому ее входу подсоединен выход релейного элемента, а выходы схеМЫ СОВ ПаДЕНИЯ и ДРУГОГО ПОРОГОВОГО ЭЛЕмента подкле<эчеееы ко входу формироватеЛЯ ИМПУJIhCOB, ЕЕРИЧЕЕ 1 ВХОДЫ ОБОИХ ПОРОГОвых элементов подключены к вь.прямителю напрккеееия сети.

11аличие замкнутой цепи, содержащей последовательно соединенные релейный элемент, схему совпадения, формирователь импульсов, тиристорный преобразователь, блок обратной связи, подключенный своим Bb!ходом к одному из входов блока сравнения, К ДРУГОЫУ ВХОДУ КОТОРОГО ПОДКЛЮЧЕН ИС точник задания папряжепия, позволяет автоматически управлять углами зажигания тиристоров преобразователя по мгновенному значению сварочного тока. Причем, схема совпадения предназначена для автоматического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразователем (при возбуждении дуги и наростании сварочного тока до установившегося значения) на фазовый режим управления преобразователем (при установлении заданной величины ТОка в cBBpo÷íoè цепи) .

Наличие порогового элемееета в совокупности с выпрямителем папряжения сети, подключенным ко входу порогового элемента, со схемой совпв<дени,. один из входов которой соединен с выходом этого порогового элемента, а твк: е с релейным элемен-. том и формирователем импульсов позволяет получить в релейном режиме работы преобразователя на егс выходе максимальное выпрямленное напря-:<еееие (напряжение холостого хода), Это Облегчает условия зажигания дуги и поддержание стабильной дуги в релейном режиме, а также создает условия для качеств" не ой cBBp!

Другое пороговое устройство B совокупности с выпрямителем напряжен .ея сети, подключенньем ко входу этого порогового элемента, со схемой совпадения и формирователем импульсов, соединенных со входом порогового элекеенеа, расширяет диапазон устойчивой. работы преобразователя путем ограничения максимального угла зажигания тиристоров преобразователя, что позволяет источить несимметричную работу тирксто рОв и тем с ае.й.ем из бежа Гь с качкОО бразных изменений сварочного тока, приводящих к неравномерному проплавлению металла, прожогам и к дополнительному разбрыз5 7476 гиванию металла, и результате этого повышается качество сварки.

На фиг. 1 приведена фуккциона:п.-ная схема устройства для управления тиристорным преобразователек.; иа фиг. 2 и 3— временные диаграммы, характеризующие работу устройства в релейном и фазовом режимах соответственно.

Устройство для управления тиоисторным

10 преобразователем содержит блок 1 сравнения, релейный элемент 2, схему 3 совпа.— дения, формирователь 4 импульсов, тири торный преобразователь 5, блок 6 обраэной связи, источник 7 напряження задания, 15 пороговый элемент 8, выпрямитель 9 нап« ряжения сети и другой пороговой элемент

10. Один из входов блока 1 сравнения подключен к источнику 7 напряжения з дания, другой вход элемента 1 сравнения через

20 блок 6 обратной связи подключен к выходу тиристорного преобразователя 5, который одновременно является выходом устройства.

Выход блока 1 сравнения через релейный элемент 2 подсоединен к одному из входов

25 схемы 3 совпадения, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 8.

Выходы схемы 3 совпадения и порогового элемента 10 подключены ко входу формирователя 4, выходы которого соединены с

30 управляющими входами тиристорного преобразователя 5. Выход выпрямителя 9 напряжения сети подключен ко входам пороговых элементов 8 и 10. Элемент 1 сравнения предназначен для сравнения мгновенного значения напряжения обратной связи Иос, 35 пропорционального сварочному току нагрузки, и напряжения задания 11 .с выхода источника 7 напряжения задания. Релейный элемент 2служитдля преобразования раз-ностинапряженийостройсвязиИ, ииапряжения задания И в последовательность импульсов с частотой и скважностью, определяемой величиной и формой сигнала обратной связи с выхода блока 6 обратной связи.

Схема 3 совпадения предназначена для ав- .45 томатического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразователем на фазовый режим. Формирователь 4 импульсов служит для формирования управ.

50 ляющих импульсов на тиристоры преобразователя 5. Пороговые элементы 8 и 10 вырабатывают прямоугольные импульсы при сравнении выпрямленного двухполупериодного напряжения с выхода выпрямители 9

55 напряжения сети с фиксированным пороговым напряжением каждого из пороговых элементов 10 и 8. Выпрямитель 9 напряжения сети позволяет синхронизировать во

46 б времени работу пороговых элементов 8 и

10, а также тиристорного преобразователя

Устройство работает следующим обра зом.

К выходным клеммам устройства подсоединяют сварочные электроды и устройство подключают к напряжешпо сети. В зависимости от соотношения величины напряжения обратной связи llo на выход блока 6 и напряжения задания И5 на выходе источника 7 устройство управления тирис торным преобразователем может работать в релейном режиме (при 11ос с И ) или в фазовом режиме (при Иос> H 3). В переходном режиме, т.е. в процессе возбуждения дуги и нарастания сварочного тока до установившегося значения, устройство работает в релейном режиме. При

Иос < 11 > релейцый элемент 2 выключен, т,е. иа его выходе имеется постоянное напряжение, а при 11«) И > релейный элемент 2 включен, т.е. на его выходе нет напряжения (см. фиг. 2).

При разомкнутой сварочной цепи, т.е. в режиме холостого хода, напряжение обратной связи 11, на выходе блока 6 равос но нулю. При этом на блок 1 сравнения подается только напряжение задания ИЗ от источника 7, релейный элемент 2 находится в состоянии выключено и настоян ное напряжение с его выхода поступает на один из входов схемы 3 совпадения.

Одновременно с выпрямителя 9 напряжения сети поступает двухполупериодное вы.прямленное напряжение сети на входы пороговых элементов 8 и 10, имеющих фик сированные значения пороговых напряжений И 1, и И„ соответственно. На выходах пороговых элементов появляются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется величинами пороговых напряжений. длительность прямоутъльных импульсов на выход порогового элемента

9 близка к полупериоду напряжения сети и соответствует величине порогового нап- ряжения И1 „. Импульсы с выхода порогово го элемента 8 поступают на другой вход схемы 3 совпадения, на первом входе Koьторой имеется постоянное напряжение с выхода релейного элемента 2, и проходят через нее на вход формирователя 4 импульс ов.

Одновременно с этими импульсами на вход формирователя 4 импульсов посту» пают прямоугольные импульсы с выхода другого порогового элемента 10, длительность которых меньще длить ности

747646 импульсов постуттаюших с выхода порогсьвого элемента 8, В соответствии с импульсами, посту-. ттаюшими с выхода пороговых элементов

8 и 10, формирователь 4 импульсов формирует импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя и ограничивающие минимальный H максимальный углы зажигания тиристоров, Причем, по переднему фронту прямоуголь 10 ных импульсов, пришедших с выхода порогового элемента 8, формируются эапускаюшие импульсы, которые ограничивают минимальный угол зажигания тиристоров.

При поступлении этих импульсов на управ-15 ляюшие электроды тиристоров преобразователя 5 на его выходе появляется практически полное выпрямленное напряжение, которое прикладывается к сварочным электродам. 20

По заднему фронту прямоугольных импульсов, пришедших с выхода другого порогового элемента 10, формируются -запускаюшие импульсы, ограничиваюшие мак симальный угол зажигания тиристорОВ в 25 пределах 160-170одля достижения устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания. При возбуждении дути касанием электродом свариваемых конструкций в свароч-30 ной цепи начинает протекать сварочный ток.

На выходе блока 6 обратной связи появ- ляется напряжение обратной связи Ио пропорциональное мгновенному значению сва.рочного тока. По мере увеличения свароч-55 ного тока в переходном режиме увеличивается и напряжение обратной связи Ио которое поступает с устройства 6 обратной связи на вход блока 1 сравнения, в котором это напряжение Ио сравнивается 40 с напряжением задания И > поступаюшим от источника 7 напряжения задания. Разность между мгновенными значениями нап ряжения обратной связи и напряжением за дания И подается на релейный элемент 2,т5 и далее схема работает, как описано выше, до тех пор, пока сварочный ток ие дос« тигнет установившегося значения, т.е. в течение 2-3 периодов питаюшего напряжения. 50

При Иор И g, т.е. при достижении напряжением обратной связи И<, уровня напряжения задания И> устройство переходит в режим физового регулирования тириагор55 ным преобразователем 5. В уСтановившем. ся режиме релейный элемент 2 периодически переключается с частотой пульса- ций сварочного тока (для однофазной схемы тиристорного преобразователя частоты пульсаций 1001,).

В моменты равенства напряжений обратной связи 1о и задания 11 на входе блока 1 сравнения. вырабатывается сит нал, который поступает на вход релейного элемента 2. В результате на выходе релейного элемента 2 появляются прямоугольные импульсы, которые поступают на один иэ входов схемы 3 совпадения. На другой вход схемы

3 совпадения поступают прямоугольные импульсы с выхода порогового элемента 8, в результате совпадения импульсов, поступивших на оба входа схемы 3 совпадения, на ее выход проходят импульсы с выхода релейного элемента 2. Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов, который формирует запускаюшие импульсы, подаваемые на управляюшие электроды тиристоров преобразователя 5. При этом устанавливается угол зажигания тиристоров, соответствуюший заданию по току. При плавном изменении напряжения задания 11> с выхода источника

7 также плавно изменяется угол открывания тиристоров, а следовательно, и сва- . рочный ток. Случайное изменение сварочного тока, например в сторону уменьшения, вызовет уменьшение напряжения обратной связи 11о . При этом момент равенства

И„и И и появления импульсов на выходе релейного элемента 2 наступит раньше, что приведет к умечьшению угла отпирания жристоров и увеличению напряже-» ния на выходе тиристорного преобразователя 5. Сварочный ток практически через 2-3 периода питаюшего напряжения вновь достигнет тока задания. В фазовом режиме также,как и в релейном режиме, на тиристоры поступают запускаюшие импульсы, сформированные формирователем

4 импульсов по заднему фронту имт цп сов, пришедших с выхода порогового элемента 10, причем эти запускаюшие импульсы огра .ичивают максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160-170.

Ограничение максимального угла зажигания тиристоров позволяет обеспечить равномерную загрузку тиристоров, т.е. симметричную работу преобразователя и в результате этого избежать скачкообразных изменений.сварочного тока, а следовательно, разбрызгивания и прожогов метшята е

Банное устройство позволяет достичь устойчивой работы преобразователя при изФормула

9 7476 менении нагрузки от холостого хада (при ,Ц= ) до короткого замыкания (при Е„=О)

О в диапазоне углов регулирования от 0 до

160-170 и обеспечивает высокую точность регулирования тока в заданных пределах, что позволяет с. помощью ручной сварки производить качественные сварочные соединения конструи ий из металла толщиной

0,7-2 мм без прожогов, а также позволяет снизить потери металла на разбрызгивание to и расход электроэнергии на один погонный метр шва сварных соединений. и з о б р е т е н и я . 15

Устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее тиристорный преобразователь, блок обратной свя- о

1 зи, формирователь импульсов, релейный элемент, источник напряжения задания и блок сравнения, выхсд которого соединен ,со входом релейного элемента, один из входов блока сравнения Подключен к ис- 25 точнику напряжения задания, а другой его вход - к выходу блока обратной связи, вход блока обратной связи подключен к выходу тиристорного преобразователя, управляю щие входы которого подключены к вых о- 30 дам формирователя импульсов, о т л и46, lO чающе ес и тем, что, сцельювозможности применения устройства для сварки тонколистовых конструкций от сети переменного жка при регулировании минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя, устройст.. во снабжено схемой совпадения, выпрямителем напряжения сети и двумя пороговы-. ми элементами, один из пороговых элементов своим выходом подключен к одному из входов схемы совпадения, к другому ее входу подсоединен выход релейного элемента, а выходы схемы совпадения и другого порогового элемента подключены ко входу формирователя импульсов, причем входы обоих пороговых элементов подключены к выпрямителю напряжения сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Кд 554968, кл. В 23 К 9/00

07. 1 2.7 5.

2. Авторское свидетельство СССР

М 488302, кл. Н 02 Р 13/16

07.06.7 3.

3. Авторское свидетельство СССР

Ъ 197741, кл. Н 02 Р 13/26, 29.09. 65.