Устройство для управления тирис-торным преобразователем

 

О П И С А Н И Е „„824395

ИЗЬБРЕ7ЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.04.79 (21) 2751974/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.а

Н 02 P 13/16 гасударственный кенитет

Опубликовано 23.04.81. Бюллетень № 15 (53) УДК 62! .316..727 (088.8) . Ilo делан изобретений и еткрнтий

Дата опубликования описания 28.04.81

1 л

Б. В. Худяков, В. Ф. Постаушкин, Г. И. Москаленко и С. Г. Графов (72) Авторы изобретения

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области сварочного производства, в частности к устройствам для управления тиристориыми преобразователями сварочных выпрямителей, в которых предусмотрено снижение напряжения холостого хода для защиты человека от поражения электрическим током при выполнении сварочных работ.

Известно устройство для ограничения напряжения холостого хода, содержащее сварочный выпрямитель или источник постоянного тока, коммутатор (контактор) и схему управления коммутатором (11.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает высокий уровень электробезопасности вследствие применения контактора в качестве коммутатора, включенного в сварочную цепь, через контакты которого в рабочем режиме протекает большой ток короткого замыкания, при многократном включении и выключении контактора его контакты могут залипать, в результате этого сварщик может попасть под высокое напряжение холостого хода сварочного выпрямителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройст-, во для управления тиристорным преобразователем, содержащее тиристорный преобразователь, блок обратной- связи, формирователь импульсов, релейный элемент, источник напряжения задания, элемент сравнения, элемент совпадения два пороговых блока и выпрямитель напряжения сети, подключенный ко входам первого и второго пороговых блоков, выход первого порогового блока подсоединен к одному из входов элемента совпадения, а выход второго порогового блока выход элемента совпадения соединены со входом формирователя импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам тиристорного преобразователя, выход

1е которого через блок обратной связи подключен к одному из входов элемента сравнения, другой вход которого соединен с источником напряжения задания, а выход элемента сравнения — со входом релейного

20 элемента, выход которого подключен к другому входу элемента совпадения (2).

Недостатком известного устройства для управления тиристорным преобразователем является то, что оно не обеспечивает ус824395 ловий техники безопасности, так как в нем не переключается выходное напряжение тиристорного преобразователя до безопасной величины на холостом ходу и до рабочей величины при сварке.

Цель изобретения — повышение электробезопасности за счет автоматического переключения выходного напряжения тиристорного преобразователя до безопасной величины на холостом ходу и до рабочей величины при сварке.

Поставленная цель достигается тем, что данное устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее выпрямитель напряжения сети, выход которого подключен ко входам первого и второго пороговых блоков, выход второго порогового блока и выход элемента совпадения подсоединены ко входу формирователя импульсов, выходы которого служат для подключения к управляющим входам тиристорного преобразователя, соединенного выходом через блок обратной связи с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого подключен к источнику напряжения задания, выход элемента сравнения соединен со входом релейного элемента, соединенного,выходом с одним из входов элемента совпадения, снабжено элементом ИЛИ, двумя инверторами, двумя элементами И, источником порогового напряжения, электронным коммутатором и датчиком нуля тока, вход которого служит для подключения к выходу тиристорного преобразователя, а выход его через электронный коммутатор подключен ко входу источника порогового напряжения, соединенного выходом с другим входом первого порогового блока, выход которого подключен ко входу первого инвертора и к одному из входов первого элемента И, подключенного другим входом к выходу датчика нуля тока и ко входу второго инвертора, выход которого соединен с одним из входов второго элемента И, подключенного другим входом к выходу первого инвертора, а выход его соединен с одним из,входов элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого элемента И, а выход элемента ИЛИ соединен с другим входом элемента совпадения.

Наличие цепи, содержащей последовательно соединенные выпрямитель напряжения сети, пороговое устройство, первый инвертор, второго элемента И, второй инвертор, электронный коммутатор, источник порогового напряжения, выход которого подключен к другому входу порогового устройства, в совокупности с другой цепью, содержащвй датчик нуля тока, выход которого соединен со входом электронного коммутатора, а вход его — с выходом тиристорного преобразователя и входом блока обратной связи, соединенного выходом с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого соединен с источником напряжения задания, а

55 выход элемента сравнения — со входом релейного элемента, подсоединенного выходом к одному из входов элемента совпадения, выход которого через формирователь импульсов подсоединен к управляющим входам тиристорного преобразователя, а другой вход элемента совпадения подключен к выходу элемента ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу второго элемента И, позволяет получить на выходе тиристорного

Преобразователя в релейном режиме на холостом ходу напряжение безопасное для работы обслуживающего персонала (12в).

На фиг. приведена функциональная схема устройства для управления тиристорным преобразователем; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы работы устройства в релейном режиме на холостом ходу и при сварке соответственно; на фиг. 4 — то же, в фазовом режиме.

Устройство для управления тиристорным преобразователем содержит элемент 1 сравнения, релейный элемент 2, элемент 3 совпадения, формирователь 4 импульсов, тиристорный преобразователь 5, блок 6 обратной связи, источник 7 напряжения задания, первый пороговый блок 8, выпрямитель.9 напряжения сети, второй пороговый блок 10, первый инвертор 11, первый элемент И 12, второй элемент И 13, второй инвертор 14, элемент ИЛИ 15, датчик 16 нуля тока, электронный коммутатор 17, источник 18 порогового напряжения, Выход выпрямителя 9 напряжения сети подключен ко входам первого порогового блока 8 и второго порогового блока 10. Выход второго порогового блока 10 и выход схемы 3 совпадения подключены ко входу формирователя 4 импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам тиристорного преобразовате. ля 5, выход которого одновременно является выходом устройства.

К выходу тиристорного преобразователя 5 подключен вход датчика 16 нуля тока, а также блок 6 обратной связи, подсоединенное выходом к одному из входов элемента 1 сравнения, к другому входу которого подключен источник 7 напряжения задания, а выход элемента 1 сравнения через релейный элемент 2 подсоединен к одному из входов элемента 3 совпадения, к другому входу которого подсоединен выход элемента

15 ИЛИ. Один из входов элемента 15 ИЛИ соединен с выходом второго элемента 13 И, один из входов которого подсоединен к выходу второго инвертора 14, а другой вход— к выходу первого инвертора 11. Вход первого инвертора 11 подключен к одному из входов элемента 12 И, а также к выходу первого порогового блока 8. Выход датчика 16 нуля тока подключен ко входу электронного коммутатора 17, ко входу второго инвертора 14, а также к другому входу первого элемента 12 И, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ. К выходу

824395

5 электронного коммутатора 17 подсоединен вход источника 18 порогового напряжения, соединенного выходом с другим входом первого порогового блока 8.

Элемент 1 сравнения предназначен для сравнения мгновенного значения напряжения обратной связи Uo«, с выхода блока 6 обратной связи, пропорционального сварочному току и напряжения задания Up с выхода источника 7 напряжения задания. Релейный элемент 2 служит для преобразования разности напряжений обратной связи

Uo« и задания U> в последовательность импульсов с частотой и скважностью, определяемой величиной и формой сигнала обратной связи с выхода блока 6 обратной связи.

Элемент 3 совпадения предназначен для автоматического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразователем на фазовый режим.

Формирователь 4 импульсов служит для формирования импульсов, управляющих углами зажигания тиристоров преобразователя 5.

Пороговые блоки 8. и 10 выдают прямоугольные импульсы при сравнении выпрямленного двухполупериодного напряжения с выхода выпрямителя,9 напряжения сети с фиксированным пороговым напряжением каждого из пороговых блоков. Выпрямитель

9 напряжения сети позволяет синхронизировать во времени работу пороговых блоков 8 и 10, а также тиристорного преобразователя 5. Датчик 16 нуля тока позволяет разли чать холостой ход (при разомкнутой сварочной цепи, т.е. при нулевом токе в цепи) и процесс сварки (при наличии тока в цепи).

Электронный коммутатор 17 служит для переключения по сигналу датчика 16 нуля тока порогового напряжения источника 18.

Источник 18 порогового напряжения предназначен для подачи на один из входов пороговоГо блока 8 определенной величины порогового напряжения, соответствующего или холостому ходу или процессу сварки.

Первый инвертор 11 служит для инвертирования последовательности импульсов; поступающих на его вход с выхода первого порогового блока 8 для задания угла зажигания тиристоров преобразователя 5 на холостом ходу.

Второй инвертор 14 служит для инвертирования сигнала с выхода датчика 16 нуля тока и для подачи на один из входов второго элемента 13 И разрешающего сигнала> на холостом ходу.

Первый элемент 12 И предназначен для пропускания последовательности прямоугольных импульсов, поступающих на один из ее входов с выхода первого порогового элемента 8, при наличии на другом из ее входов разрешающего (единичного) сигнала с выхода датчика 16 нуля тока при сварке. Второй элемент 13 И служит для пропускания на. один из входов элемента 15

ИЛИ инвертированной последовательности прямоугольных импульсов, поступающих на один из ее входов с выхода первого инвертора 11, при наличии на другом из ее входов разрешающего (единичного) сигнала с выхода второго инвертора 14 на холостом ходу.

Элемент 15 ИЛИ предназначен для передачи инвертированной последовательности прямоугольных импульсов с выхода второго элемента 14. И на один из входов элемента 3 совпадения на холостом ходу или неинвертированной последовательности импульсов с выхода первого элемента 12 И на один из входов элемента, 3 совпадения в процессе сварки.

Устройство работает следующим образом.

1$ К выходному зажиму устройства подсоединяют сварочный электрод, и устройство подключают в сети.

В зависимости от соотношения величин напряжения обратной связи Uec, на выходе

20 блока 6 и напряжения задания Ua на выходе источника 7 устройство для управления тиристорным преобразователем может работать в релейном режиме (при Uoe (Us) или в фазовом режиме (при U< )13з).

В процессе возбуждения дуги и нарастания сварочного тока до установившегося значения, устройство работает в релейном режиме. При Uo«(Ug релейный элемент 2

«выключен», т.е. на его выходе имеется постоянное напряжение (см. фиг. 2), а при релейной элемент 2 «включен», т.е. на его выходе нет напряжения (см. фиг. 4). зз

4$

ФФ

При разомкнутой сварочной цепи, т.е. на холостом ходу, напряжение обратной связи 11 на выходе блока 6 равно нулю. При этом на элемент 1 сравнения подается только напряжение задания Ug от источника 7, релейный элемент 2 находится в состоянии

«выключено» и постоянное напряжение с его выхода поступает на один из входов схемы 3 совпадения.

Одновременно с выпрямителя 9 напряжения сети поступает двухполупериодное выпрямленное напряжение сети на входы пороговых блоков 8 и 10, имеющих фиксированные значения пороговых напряжений 13» и 11ц соответственно, причем величина порогового напряжения U> автоматически задается источником 18 порогового напряжения, который переключается электронным коммутатором 17 по сигналу с датчика 16 нуля тока, На выходах пороговых элементов появляются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется величинами пороговых напряжений (3, и U (ôèã. 2 и 4). На выходе датчика 16 нулевого тока на холостом ходу имеется «нулевой» сигнал, а в процессе сварки — «единичный» сигнал.

«Нулевой» сигнал поступает на один из входов первого элемента 12,И и на вход второго инвертора 14, где он инвертируется, 824395 становится «единичным» сигналом и поступает далее на один из входов второго элемента 13 И. На другой .из входов второго элемента 13 И поступает инвертированная последовательность прямоугольных импульсов с выхода первого инвертора 11. Эта последовательность импульсов проходит на выход второго элемента 13 И и через элемент 15 ИЛИ поступает на один из входов элемента 3 совпадения, на другом входе которой имеется постоянное напряжение с выхода релейного элемента 2. Далее инвертированная последовательность импульсов проходит через элемент 3 совпадения на вход формирователя 4 импульсов.

При этом неинвертированная последовательность прямоугольных импульсов с выхода первого порогового блока 8 поступает на один из входов первого элемента 13 И, на другом входе которой имеется «нулевой» сигнал, в результате чего первый элемент 12 И запирается, и неинвертированная последовательность импульсов на вход элемента 15

ИЛИ не проходит (фиг. 2).

Одновременно с инвертированной последовательностью импульсов, пришедших с выхода элемента 15 ИЛИ, на вход формирователя 4 импульсов поступает последовательность прямоугольных импульсов с выхода второго порогового блока 10.

В соответ твии с импульсами, поступаюШими с выхода пороговых элементов 8 и. 10, формирователь 4 формирует импульсы, цоступающие на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 и ограничивающие минимальный и максимальный углы зажигания тиристоров. Причем, по переднему фронту прямоугольных импульсов инвертированной последовательности, пришедших с выхода инвертора 11, формируются запускающие импульсы, которые ограничивают минимальный угол зажигания тиристоров. При поступлении этих импульсов на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 на его выходе появляется напряжение холостого хода безопасной величины (12 В) (фиг. 2).

По заданному фронту прямоугольных импульсов, пришедших с выхода второго порогового устройства 10, формируются запускающие импульсы, ограничивающие максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160.— 170 для достижения устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания.

При возбуждении дуги касанием электродом свариваемых конструкций в сварочной цепи начинает протекать сварочный ток. При этом на выходе датчика 16 нуля тока появляется «единичный» сигнал, который поступает на вход второго инвертора 14, на один из входов первого элемента 12 И и на вход электронного коммутатора 17, переключающего пороговое напряжение источ$

1s

2О

2$i

Se

3S

4S

8 ника 18 с величины U< соответствующей безопасной величине напряжения холостого хода (12 В), на величину U, соответствующую максимальному выпрямленному напряжению (55 В) на выходе преобразователя 5, причем Ц, (U, (фиг. 3). Второй инвертор 14 инвертирует «единичный» сигнал, а с его выхода «нулевой» сигнал поступает на один из входов второго элемента 13 И, на другой из входов которой поступает инвертированная последовательность импульсов с выхода первого инвертора 11, при этом на выход второго элемента 13 И эта последовательность не проходит, т.к. эта схема заперта «нулевым» сигналом. Последовательность прямоугольных импульсов, поступающих с выхода первого порогового блока 8 на один из входов первого элемента 12 И при наличии на другом ее входе

«единичного» сигнала с выхода датчика 16 нуля тока, проходит на выход этого элемента и через элемент 15 ИЛИ поступает на один из входов схемы 3 совпадения.

Поскольку в сварочной цепи протекает ток, на выходе блока 6 обратной связи имеется напряжение обратной связи Ц пропорциональное мгновенному значению сварочного тока. По мере увеличения сварочного тока в переходном режиме увеличивается и напряжение обратной связи Uoc, которое поступает с блока 6 обратной связи на вход элемента 1 сравнения, в котором это напряжение сравнивается с напряжением задания Us, поступающего от источника 7 напряжения задания. Разность между мгновенными значениями этих напряжений

Uoq u Ua подается на релейный элемент 2, на выходе которого появляется при этом постоянное напряжение, поступающее на другой вход элемента 3 совпадения. Неинвертированная последовательность импульсов, пришедшая с выхода первого порогового блока 8 через элементы 12 и 15 и поступившая на один из входов элемента 3 совпадения, проходит через него на вход формирователя 4 импульсов, который формирует по передним фронтам импульсов этой последовательности управляющие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5; при этом на выходе тиристорного преобразователя появляется максимальное выпрямленное напряжение (55 В) (фиг. 3). Далее схема работает, как описано выше, до тех пор пока сварочный ток не достигнет установившегося значения, т.е. в 1течение двух-трех периодов питающего напряжения.

При U )04, т.е. при достижении напряжением обратной связи Uzz уровня напряжения задания Uq, устройство переходит в режим фазового регулирования тиристорным преобразователем 5. В фазовом режиме релейный элемент 2 периодически переключается с частотой пульсаций сварочного то824395

9 ка (для однофазной схемы тиристорного преобразователя частота пульсаций 100 Гц) (фиг. 3). В моменты равенства напряжений обратной связи U и задания Us на выходе элемента 1 сравнения появляется сигнал, который поступает на вход релейного элемента 2. В результате на выходе релейного элемента 2 появляются прямоугольные импульсы, которые поступают на один из входов элемента 3 совпадения, на другой вход которой поступает неинвертированная последовательность импульсов с выхода первого порогового блока 8 (через первый элемент 12 И и элемент 15 ИЛИ) . На выход элемента 3 совпадения проходят импульсы с выхода релейного элемента 2 и поступают на вход формирователя 4 импульсов, который формирует запускающие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 (фиг. 4).

При этом устанавливается угол зажигания тиристоров, соответствующий заданию по току. При плавном изменении напряжения задания Us с выхода источника 7 также плавно изменяется угол открывания тиристоров, а следовательно, и сварочный ток.

Случайное изменение сварочного тока, например, в сторону уменьшения, вызовет уменьшение напряжения обратной связи Ы .

При этом момент равенства напряжений Uy и Uq, т.е. момент появления импульсов на выходе релейного элемента 2, наступит раньше, что приведет к уменьшению угла отпирания тиристоров и увеличению напряжения на выходе тиристорного преобразователя 5.

Сварочный ток практически через его дватри периода питающего напряжения вновь достигнет тока задания.

В фазовом режиме также, как и в релейном режиме, на тиристоры поступают запускающие импульсы, сформированные формирователем 4 импульсов по заднему фрон-. ту импульсов, пришедших с выхода второго порогового устройства 10 и ограничивающих максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160 — 170, что позволяет обеспечить устойчивую работу преобразователя и хорошее качество сварки.

Данное устройство для управления тиристорным преобразователем позволяет улучшить условия техники безопасности для обслуживающего персонала за счет автоматического переключения с помощью логических схем в интегральном исполнении, обладающих высокой надежностью, выходного

10 напряжения тиристорного преобразователя до безопасной величины (12 В) на холостом ходу и до рабочей величины (55 В) в процессе сварки.

Формула изобретения

Устройство для управления тиристорным преобразователем, преимущественно для сварочного выпрямителя, содержащее выпря а митель напряжения сети, выход которого подключен ко входам первого и второго пороговых блоков, выход второго порогового блока и выход элемента совпадения подсоединены ко входу формирователя импульсов, выходы которого служат для подключения к

1З управляющим входам тиристорного преобразователя, блок обратной связи связанный с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого подключен к источнику напряжения задания, а выход элемента сравщ нения соединен со входом релейного элемента, соединенного выходом с одним из входов элемента совпадения, отличающееся тем, что, с целью повышения электробезопасности, оно снабжено элементом ИЛИ, двумя инверторами, двумя элементами И, источни ком порогового напряжения, электронным коммутатором и датчиком нуля тока, вход которого служит для подключения к выходу тиристорного преобразователя, а выход его через электронный коммутатор подклю в чен ко входу источника порогового напряжения, соединенного выходом с другим входом первого порогового блока, выход которого подключен ко входу первого инвертора и к одному из входов первого элемента И, подсоединенного другим входом к выходу

З датчика нуля тока и ко входу второго инвертора, выход когорого соединен с одним из входов второго элемента И, подключенного другим входом к выходу первого инвертора, а выход его соединен с одним из входов эле4 мента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого элемента И, а выход элемента ИЛИ соединен с другим входом элемента совпадения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 497108, кл. В 23 К 9/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2602574, кл. В 23 К 9/06, 1978.

ВхВ

Вша 1б

Вьп. 14

Вах FZ

В В

Выл. 11

Sea. 13

I3

Вих.2

Выл.2

Выл4

Выл Х

dlk 1В

824395

Вил 1$

Вью 14

Выл. 13

Ввп В

Выл. 12, Ю

Вьюг

Вих.3

Вььх.4

824396

Вх.9 алых. У

Вы

Вых.!О

Вх.1

Вых.2

Вых.3

Вых 4.

Вых.5

Фиг.4

Редактор М. Ликович

Заказ 2142/80

Составитель О. Парфенова

Техред,А. Бойкас Корректор Г. Назарова

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4