Источник постоянного тока для дуговой сварки

Источник постоянного тока для дуговой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5и 4 В 23 К 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3864603/25-27 (22) 06.03.85 (46) 30.09.86. Бюл. № 36 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) и Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт электросварочного оборудования (72) П. А. Кошелев, В. В. Смирнов, С. А. Ермолин, М. И. Закс и М. Н. Юфа (53) 621.791.75(088.8) (56) Тиристоры: Технический справочник/

Под ред. В. А. Лабунцова, С. Г. Обухова, Л. Ф. Свиридова. М.: Энергия, 1971, с. 267, рис. 11-6 и с. 294, рис. 11-20.

А. Colens. А high-frequency electric ъеЫing system.— Electronic engineering, 1977, № 4, р. 66 — 68. (54) (57) ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО

ТОКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ, содержащий последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель, первый фильтр, последовательнцй тиристорный инвертор, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, низковольтный выпрямитель, второй фильтр и нагрузку, а также систему управления инвертором, содержащую триггер, схему сравнения, источник опорного напряжения, два усилителя импульсов, амплитудный селектор, датчики напряжения тока, цель обратной связи и пусковое устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности источника, в него дополнительно введены две дифференцирующие цепи и два сумматора, два конденсатора, четыре транзисторных ключа, второй триггер, генератор пилообразного напряжения, вторая схема сравнения, четыре схемы

ИЛИ, две схемы И и две цепи, содержащие последовательно соединенные резистор и диод, входы которых объединены и через лере„„SU„„1260131 А1 менный резистор подключены к выходу амплитудного селектора, а выходы — к обкладкам двух конденсаторов, другие обкладки которых соединены с общей шиной источника и входами сумматоров, другие входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, выходы сумматоров подключены к прямым входам первой и второй схем сравнения, причем инвертирующие входы последних объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, между анодами диодов и общей шиной источника включены транзисторные ключи, входы которых соединены с выходами первой и второй схем ИЛИ, входы которых соединены с прямым и инвертирующим выходами первого триггера и с входами первой и второй схем И и через первую и вторую дифференцирующие цепи— с входами четвертой схемы ИЛИ, другие входы схем ИЛИ объединены и подключены к прямому выходу второго триггера, между катодами диодов и общей шиной источника включены вторые транзисторные ключи, входы которых соединены с выходами первой и второй схем И, с входами первого и второго усилителей импульсов и входами третьей схемы ИЛИ, а другие входы схем И соединены с выходами первой и второй схем сравнения соответственно, выходы усилителей импульсов подключены к управляющим цепям тиристоров инвертора, вход амплитудного селектора через датчик напряжения подключен к выходу низковольтного выпрямителя, причем выход четвертой схемы

ИЛИ соединен с первым входом второго триггера, второй его вход соединен с выходом третьей схемы ИЛИ и с логическим входом генератора пилообразного напряжения, линейный вход которого через цепь обратной связи соединен с нагрузкой, а датчик тока подключен к входам первого триггера.

1260131

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим преобразователям электрической энергии, и может найти применение в электросварке, электротермии и как источник вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение надежности электросварочного источника постоянного тока.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов на элементах силовой цепи и схемы управления.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель 1, питающийся от промышленной трехфазной сети переменного тока, первый фильтр 2, последовательный тиристорный инвертор 3, трансформатор 4 с первичной 5 и вторичной 6 обмотками, низковольтный выпрямитель 7, второй фильтр 8 и нагрузку 9, а также систему управления инвертором, содержащую цепь 10 обратной связи, вход которой подключен к нагрузке 9, а выход— к линейному входу генератора 11 пилообразного напряжения, датчик 12 тока, вход которого (первичная обмотка трансформатора тока) подключен в разрыв цепи первичной обмотки 5 трансформатора 4, а выход (вторичная обмотка) — к выходу первого триггера 13 и к нагрузочному резистору 14.

Выходы триггера 13 подключены к входам первой 15 и второй 16 дифференцирующих цепей, к первым входам первой 17 и второй 18 схем ИЛИ и к первым входам первой 19 и второй 20 схем И, выходы которых подключены к двум входам третьей схемы

ИЛИ 21, входам первого 22 и второго 23 усилителей импульсов соответственно и к входам (цепям управления) транзисторных ключей 24 и 25.

Выходы дифференцирующих цепей 15 и 16 подключены к двум входам четвертой схемы ИЛИ 26, выход которой соединен с первым входом второго триггера 27, а выход последнего соединен с вторыми входами схем ИЛИ 17 и 18, выходы которых подключены к входам (цепям управлении) транзисторных ключей 28 и 29.

Между выходом низковольтного выпрямителя 7 и общей точкой схемы последовательно включены датчик 30 напряжения, амплитудный селектор 31 и переменный резистор 32, между движком которого и общей точкой включены параллельно две цепи.

Первая цепь представляет собой последовательное соединение резистора 33, участка анод †кат диода 34 и конденсатора 35.

Между анодом и диодом 34 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 28, а между точкой, образованной катодом диода 34, незаземленной обкладкой конденсатора 35 и первым входом первого сумматора 36 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 24.

1О

Вторая цепь представляет собой последовательное соединение резистора 37, участка анод †кат диода 38 и конденсатора 39.

Между анодом диода 38 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 29, а между точкой, образованной катодом диода 38, незаземленной обкладкой конденсатора 39 и первым входом второго сумматора 40 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 25.

Вторые входы сумматоров 36 и 40 объединены и подключены к выходу источника 41 опорного напряжения. Выходы сумматоров 36 и 40 подключены к прямым входам первой 42 и второй 43 схем сравнения соответственно, выполненных в виде компараторов, инвертирующие входы последних объединены и подключены к выходу генератора li пилообразного напряжения.

Выходы усилителей 22 и 23 импульсов подключены к управляющим цепям тиристоров инвертора 3, а выход схемы ИЛИ 21 подключен к установочному (логическому) входу генератора 11 и к второму входу триггера 27.

К третьему выходу схемы ИЛИ 21 подключено пусковое устройство 44. Цепь 10 обратной связи содержит схему 45 сравнения, регулируемый источник 46 опорного напряжения и динамическое звено 47.

На диаграмме 48 (фиг. 2) представлено изменение тока первичной обмотки 5 трансформатора 4, а на диаграмме 49 (фиг. 2)— изменение выходного напряжения выпрямителя 7.

На диаграмме 50 (фиг. 2) представлены импульсы управления, поступающие с усилителей 22 и 23 на тиристоры инвертора 3, на диаграммах 51 и 52 — напряжения на выходах триггеров 27 и 13 соответственно, на диаграммах 53 и 54 — напряжения на выходах соответственно схемы ИЛИ 17 и 18 (на базах транзисторов 28 и 29), на диа4О граммах 55 и 56 — напряжения на выходах сумматоров 40 и 36.

Устройство работает следующим образом.

При подключении его к сети появляются напряжения питания узлов системы управления (источник питания не показан). В ис45 ходном состоянии пусковое устройство 44 вырабатывает сигнал «1»„следовательно, и на выходе схемы ИЛИ 21 на установочном входе генератора 11 и на втором входе триггера 27 также присутствует сигнал «1». При этом генератор 11 заперт, на выходе триггера 27 уровень «О».

Триггер 13 может находиться в любом состоянии. Если, например, это «1», то на первом входе схемы ИЛИ 17, на первом входе схемы И 19 и на входе ключа 28—

55 единичные сигналы, ключ 28 открыт и замыкает анод диода 34 на общую точку.

Ключ 29 заперт, конденсатор 39 подключен к резистору 32.!

260131

П).и ручном или автоматическом пуске устройство 44 генерирует сигнал «О». Генератор 11, представляющий собой, например, интегратор с разрядным ключом, может вырабатывать нарастающее во времени напряжение гри наличии на линейном входе сигнала положительной полярности. Такой сигнал уже присутствует на выходе цепи

I0 обратной связи, поскольку эта цепь состоит, например, из схемы 45 сравнения, входы которой подключены к выходному 10 напряжению нагрузки 9 и к выходу регулируемого источника 46 опорного напряжения.

Выходной сигнал схемы сравнения, пропорциональный разности напряжений источника 46 и нагрузки 9 в начальный момент (при закрытых вентилях инвертора 3), мак15 симален. Этот сигнал через динамическое звено 47, которое в зависимости от требуемых динамических характеристик устойчиво и может быть, например, пропорциональным, интегрирующим или апериодическим, поступает на линейный вход генератора 11 пилообразного напряжения. Когда выходной сигнал генератора 11 достигает порога срабатывания компараторов 42 и 43, последние генерируют импульсы. При указанном состоянии триггера 13 только выходной импульс компаратора 42 через схему И 19 попадает на вход усилителя 22, с выхода которого он далее попадает на управляющий электрод одного из тиристоров инвертора 3, обеспечивая его отпирание. Через первичную обмотку 5 трансформатора 4 протекает ток.

Этот ток наводит ЭДС во вторичной обмотке датчика 12 тока. Последняя подключена к входу триггера 13 в такой полярности, что состояние его сохраняется.

Ток нагрузки резонансного инвертора имеет колебательный характер, следовательно, через промежуток времени, равный половине периода резонансной частоты инвертора, этот ток, а значит напряжение на входах триггера 13, изменяет полярность, что приводит к изменению состояния триг- 40 гера 13. Через дифференцирующую цепь 16 положительный перепад напряжения передается на второй вход схемы ИЛИ 26, триггер 27 устанавливается в «1», через схему

ИЛ И 18 открывается ключ 29. Если бы исходным состоянием триггера 13 был «О», 4> первый импульс управления был бы сформирован усилителем 23 из выходного сигнала компаратора 43, что привело бы к включению противофазного тиристора инвертора 3 и к противоположной полярности тока нагрузки в начальный полупериод. Однако и в этом случае состояние триггера 13 сохранилось бы в течение первого полупериода, а при изменении полярности тока нагрузки инвертора дифференцирующая цепь 15 обеспечила бы переход триггера 27 в «1».

Таким образом, формирование очередного импульса возможно на управляющем электроде того тиристора инвертора, в котором не протекал ток нагрузки по крайней мере в течение последнего полупериода.

Дальнейшее формирование импульсов происходит следующим образом.

Генератор 1! формирует на выходе линейное напряжение, нарастающее во времени со скоростью, определяемой выходным напряжением цепи 10 обратной связи и постоянной времени интегрирующего звена.

Это напряжение прикладывается к инвертирующим входам схем 42 и 43 сравнения.

К прямым входам схем 42 и 43 приложены напряжения, являющиеся выходными сум.маторов 36 и 40, каждое из которых равно сумме напряжения эталонного источника 41 и напряжения на незаземленной обкладке одного из конденсаторов 35 и 39. Если последние напряжения равны, то при полной симметрии схемы выходное напряжение схем 42 и 43 представляет собой равностоящие во времени импульсы, которые в зависимости от состояния триггера 13 пропускаются схемами И 19 или 20, усиливаются элементами 22 или 23 и поступают в инвертор 3. Разряд (сброс) генератора 1! и переход триггера 27 в состояние «О» происходит при формировании импульса в любом канале, что обеспечивает схема ИЛИ 21. Инвертор работает при постоянной частоте (фиг. 2, интервал времени 4 — f>).

Допустим, что, начиная с некоторого момента времени 1 (фиг. 2), процесс становится несимметричным. Это влечет за собой неодинаковость абсолютных значений амплитуд тока первичной обмотки трансформатора для положительного и отрицательного (по диаграмме 48 на фиг. 2) полупериодов. Как следствие, отличаются амплитуды выходного напряжения выпрямителя 7 (фиг. 1) на соседних полупериодах (диаграмма 49 на фиг. 2), и следующее сравнение, а значит формирование управляющего импульса для отрицательного полупериода тока первичной обмотки трансформатора 4, происходит с опережением, а для положительного — с задержко" по отношению к средней длительности полупериода этого тока.

В первом случае инвертору 3 предоставляется меньшее время для рассеяния энергии, записанной в реактивных элементах, т. е. ток первичной обмотки на последующем отрицательном полупериоде и выходное напряжение выпрямителя 7 увеличиваются, а во втором — уменьшаются. Ключи 24 и 25 отпираются выходными импульсами схем И 19 и 20 соответственно, обеспечивая разряд конденсаторов 35 и 39. Этим обеспечивается высокое быстродействие системы: сигнал, несущий информацию о величине тока

«запоминается» только на один полупериод.

Дифференцирующие цепи 15 и 16, схема

ИЛИ 26, триггер 27 и схемы ИЛИ 17 и 18 необходимы для выделения полупериода

1260131

5О

5t гггЗ г4

Фиг.2

Составитель В. Ганюшнн

Техред И. Верес Корректор Л. Знмокосов

Тираж !001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Е. Конча

Заказ 5!67)9 данной полярности, т. е. измерение (заряда конденсаторов) происходит от момента вклю чения тиристора до момента перехода через ноль тока первичной обмотки на данном полупериоде.

Более равномерная загрузка силовых элементов в предлагаемом источнике позволяет снизить их средний коэффициент нагрузки. Это повышает надежность изобретения.