Источник питания для электродуговой сварки

Источник питания для электродуговой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,„,SUÄÄ 1255333 А1 (5D4В23К900,9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3688229/25-27 (22) 13.01.84 (46) 07.09.86. Бюл. № 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования. (72) В. В. Смирнов, А. Ф. Гарбуль, М. И. Закс и Б. А. Каганский (53) 621.791.75 (088.8) (56) ZTS Miheilungen, 12, 1973, s. 1362 — 68.

Авторское свидетельство СССР № 206777, кл. В 23 В 9//10, 1966.

Акцептованная заявка Японии № 52-32852, кл. В 23 К Я/06, 1977. (54) (57) 1. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ, состоящий из неуправляемого сварочного выпрямителя и и регуляторов сварочного тока, каждый из которых содержит силовой полупроводниковый ключ, блок управления ключа, диоды обратного тока, дроссель, шунт, компаратор и блок задания сварочного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварочного соединения путем обеспечения постоянства заданного коэффициента пульсаций при изменении среднего значения сварочного тока, блок задания выполнен в виде трех взаимосвязанных задатчиков среднего, максимального и минимального токов и снабжен переключателем, соединяющим задатчики максимального и минимального уровней тока с входом компаратора, причем выход компаратора соединен с блоком управления ключа и через указанный переключатель со своим входом.

2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем перехода на механизированную сварку в среде защитных газов, задатчик среднего тока выполнен в виде сглаживающего фильтра, усилителя и задатчика среднего напряжения дуги, при этом вход задатчика среднего тока соединен с одной из клемм выпрямителя и с точкой соединения шунта и дросселя.

3. Источник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения уровня шума дуги, п регуляторов сварочного тока соединены параллельно и подключены к выходным клеммам выпрямителя.

1255333

Us.ср.= Icp. 45

Применительно к источнику для аргонодуговой сварки блок 12 представляет собой временной программатор U р., обеспечивающий заданный закон изменения Iср.:=f (tj: плавное нарастание и спадание тока, импульсные режимы и другие программы. Применительно к источнику питания для механизированной сварки в защитных газах U,р представляет собой усиленную и сглаженную разность сигналов сигнала введенного дополнительно в схему задатчика среднего значения напряжения дуги U3. и сигнала обратной связи по напряжению дуги U., снимаемого до дросселя 5 в точках 15 и 18 (фиг. 1) . Такое

Изобретение относится к области дуговой сварки и, в частности, к универсальным одно- или многопостовым источникам питания для различных способов сварки на постоянном токе.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения и расширение области применения полупроводниковых ключевых источников на процесс механизированной сварки в среде защитных газов путем создания источника с постоянным заданным коэффициентом пульсаций тока при изменении среднего значения сварочного тока в широких пределах во времени или под воздействием других параметров режима сварки, а также повышение надежности и снижение уровня шума дуги.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого источника питания„.на фиг. 2 — примеры реализации отдельных блоков предлагаемого устройства; на фиг. 3 — временные характеристики сварочного тока 1-. и напряжения задания U . на входе компаратора; на фиг. 4 — временные характеристики сварочного тока i. и напряжения дуги Ьн. при аргонодуговой сварке (a) и механизированной сварке в защитных газах (б); на фиг. 5 — примеры исполнения источника с несколькими регуляторами тока.

Источник питания (фиг. 1) содержит неуправляемый сварочный выпрямитель 1 и один или несколько регуляторов сварочного тока. Регулятор 2 сварочного тока содержит силовой полупроводниковый ключ

3, шунт 4, дроссель 5, диод (или диоды) 6 обратного тока, блок 7 управления замыканием и размыканием полупроводникового ключа, компаратор 8, переключатель 9 уровней, соединяющий задатчики максимального

10 и минимального 11 уровней тока с входом компаратора, и задатчик 12 среднего значения сварочного тока. Регулятор сварочного тока подключен к сварочному электроду 13 и изделию 14. Контрольными точками схемы являются точки 15 — 19.

Блок-задатчик 12 в простейшем случае представляет собой потенциометр 20 (фиг. 2) с которого снимается потенциальный сигнал задания, пропорциональный среднему сварочному току

35 исполнение задатчика 12 позволяет получить жесткие внешние характеристики или пологопадающие характеристики требуемой крутизны.

В отдельных случаях U. ð. может быть сигналом, снимаемым с аналого-цифрового преобразователя электронной вычислительной машины.

Блок 11 может быть выполнен на резистивном делителе 21, 22 и резисторе 23.

Блок 10 может быть выполнен на операционном усилителе 24 и резисторах 25 — 28 (фиг. 2).

Блок 9 может быть выполнен на транзисторах 29 и 30, диодах 3! и 32, резисторах 33 и 34 и схеме 35 инвертирования сигнала.

Регулятор 2 тока имеет входной зажим— одну из контрольных точек 16, выходной. зажим 19 и общий зажим 15. Зажимами 15 и

16 регулятор подключен к зажимам (4-) и (— ) сварочного выпрямителя 1; зажимами

15 и 19 — к сварочному электроду 13 и изделию 14. Полярность электрода и изделия может быть выбрана в зависимости от вида сварки. К зажиму 15 подключен анодный вывод диодов 6 обратного тока; к заж.иму

16 — один из выводов полупроводникового ключа 3. Объединенные между собой второй вывод полупроводникового ключа 3 и катодный вывод диодов 6 подсоединены к ветви шунт 4 — дроссель 5 — сварочный электрод

i3.

К цепи управления полупроводникового ключа 3 подсоединен выход блока 7 управления замыканием и размыканием полупроводникового ключа. К входу блока 7 подключен выход компаратора 8. К входу компаратора подключен шунт 4 и переключатель 9 уровней, к которому подключены задатчики максимального 10 и минимального

11 уровней тока. К входам задатчиков 10 и 11 подключен задатчик 12 среднего значения сварочного тока. Логический вход переключателя 9 соединен с выходом компаратора 8.

Устройство работает следующим образом.

Блок 7 управления работой полупроводникового ключа под воздействием команды с выхода компаратора управляет переключателем ключа 3. Наличие «открывающего» или «закрывающего» сигнала на выходе компаратора 8 определяется соотношением сигналов на его входах: сигнала обратной связи по сварочнму току U. (фиг. 1), снимаемого с шунта 4, и сигнала задания сварочного тока. Последний имеет два уровня, задаваемые задатчиками 10 и 11: максимальный !1з.макс. и минимальный Us.мин..

Оба уровня тока связаны с сигналом задания среднего тока U..ð., снимаемого с задатчика 12, и с выбранным коэффицициентом пульсации тока р следующими соотношениям:

Us.макс.= (1+ P) )зср., U .мнн. = (! - ) !1зссс.

1255333

В каждый момент времени на вход компаратора поступает только один из этих сигналов, причем замкнутому состоянию ключа 3 соответствует максимальный уровень задания, а разомкнутому — минимальный. Переключение уровня сигнала задания производится переключателем 9 уровня по команде с компаратором 8.

При замыкании полупроводникового ключа 3 сварочный ток ice, нарастает (фиг. 3) до величины 1макс., соответствующей максимальному (для заданных среднего тока

Icp.), и коэффициента пульсаций (1) уровню

НаПРЯжЕНИЯ ЗаДаНИЯ Бэ.макс. На ВХОДЕ КОМпаратора 8. При достижении сварочным током значения 1макс. сигнал обратнОн сВязи

UT с шунта сравнивается с сигналом U..-м ., компаратор переключается и блок 7 управления работой полупроводникового ключа размыкает ключ 3. Одновременно с выхода компаратора поступает команда на переключатель 9 уровня, и на вход компаратора поступает сигнал задания минимального уровня тока U.. ".. Сварочный ток поддерживаемый энергией дросселя 5, спадает через диод 6 до величины 1мин.. В момент сравнения сигнала задания и обратной связи U- происходит переключение компаратора, полупроводниковый ключ 3 замыкается и на вход компаратора поступает сигнал задания максимального уровня сварочного тока Us.макс.

Далее цикл повторяется.

При изменении среднего тока Icp (U.. p.) во времени или под воздействием другого параметра по тому же закону изменяются и линейные функции 1Ьмакс.) = (1+Р) 1Ьср. и

Us.мнн.= (1 — (1) Us.ср. и, следОВательно, по тому же закону изменяются токи 1макс и

1-.. Частота и скважность пульсации сварочного тока при этом могут изменяться в широких пределах в зависимости от напряжения дуги, напряжения сети и других факторов, однако коэффициент пульсаций тока сохраняется постоянным.

Применительно, например, к аргонодуговой сварке, задатчик 12 среднего сварочного тока может быть выполнен как временный программатор напряжения задания

U.. p. среднего сварочного тока, обеспечивающий требуемый цикл аргонодуговой сварки (нарастание и спадание тока — tI) и t4 (фиг. 4а), длительности импульсов—

4, tz, tz" и пауз — 1з, 1з, величину среднего тока при импульсах и паузах). Огибающие сварочного тока ice. — максимальный

1макс. и минимальный Iинн. уровни тока изменяются по тому же закону, что и I.p.. Коэффициент пульсаций при этом сохраняется постоянным.

Применительно к меха низирова нной сварке в среде защитных газов для получения жестких или пологопадающих внешних характеристик в задатчик 12 вводится дополнительный задатчик среднего значения

Зо

55 напряжения дуги U.. и сигнал обратной связи по напряжению дуги U., снимаемый до дросселя 5 в точках 15 и 18 (фиг. 1).

При этом задатчик 12 является усилителем и сглаживающим фильтром разностного сигнала U.. — U., обеспечивающим изменение среднего сварочного тока при жестких или пологопадающих внешних характеристиках требуемой крутизны. На фиг. 46 показано изменение во времени напряжения дуги U> и сварочного тока i„ при капельном коротком замыкании дуги при механизированной сварке в газах. Ввиду того, что напряжение в точках 18 и 19 поддерживается постоянным, средний сварочный ток при коротком замыкании дугового промежутка растет по закону экспоненты, определяемой параметрами дросселя 5.

Огибающие сварочного тока I»- и I - повторяют закон изменения среднего тока Iep.; коэффициент пульсаций остается постоянным. После окончания короткого замыкания происходит спад токов.

На фиг. 5 представлены варианты исполнения источника с несколькими регуляторами тока — 21. 2>,...,2„. Источник может питать и независимых сварочных постов (сварочный электрод 13, изделие 14), каждый через свой регулятор (фиг. 5а). Режим работы каждого поста задается своим постовым задатчиком 12 среднего сварочного тока.

Задатчик 12 может быть общим на всех сварочных постах (фиг. 56). В этом случае на всех сварочных постах поддерживается одинаковый режим сварки и одинаковое качество кривой сварочного тока; некоторые отклонения могут быть связаны с разбросом параметров элементов регуляторов.

Регуляторы, управляемые общим задатчиком 12, в каждом из которых гарантируется определенная величина Iep. и качество кривой тока (В= const), могут быть включены параллельно на общую нагрузку — сварочную дугу (фиг. 5в). При этом в нагрузке суммируются токи всех регуляторов, а из-за разбросов параметров регуляторов увеличивается частота пульсаций суммарного тока.

По сравнению с известным в предлагаемом устройстве гарантируется заранее заданное качество кривой сварочного тока (р= const), что делает возможным широкую автоматизацию процесса сварки от предлагаемого устройства. При этом обеспечивается удобство эксплуатации источника, так как по технологическим рекомендациям (картам) можно задавать величину или программу изменения одного (основного) параметра режима сварки — среднего значения сварочного тока при выбранном коэффициенте пульсаций, а дополнительные параметры — максимальный и минимальный токи, получаются автоматически. Кроме того, однопостовый источник может быть

1255333 макс

/ср мин! !

1

Ор д.

Му макс ð мин выполнен на «модульном» принципе, где каждый модуль представляет собой законченный регулятор тока с заданными параметрами. При этом существенно увеличивается надежность источника питания так как выход из строя одного модуля не приводит к остановке всего источника; каждый модуль строится на небольшую мощность с учетом возможностей существующих полупроводниковых ключевых приборов, без необходимости их содинения для параллельной работы в блоке 3 единого мощного регулятора.

3а счет увеличения частоты пульсаций выходного тока может быть снижен шум тяги, так как частота пульсаций суммарного тока может быть поднята выше звуковой частоты.

Ввиду того, что в предлагаемом устройстве регулятор тока работает на повышенной частоте, масса дросселя и всего устройства сравнительно небольшие.

Таким образом, предлагаемое устройство

1О универсально (один или несколько постов; различные виды сварки), обеспечивает хорошие сварочные свойства и имеет малую материалоемкость.

1255333 уса

--- - макс

7ник Риг. 4

Фиг. 5

Составитель В. Ганюшин

Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о1 крытнй

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

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

Редактор Н. Егорова

Заказ 4757/14