Устройство управления сварочным источником питания

Устройство управления сварочным источником питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использования: в инверторных тиристорных источниках для электродуговой сварки и при проектировании их систем управления . Сущность изобретения: для питания формирователей 1 и 2 импульсов управления тиристорами сварочного источника питания, построенного на базе резонансного инвертора, напряжение питания от выпрямителей 3 и 4 подается в виде импульсов с помощью ключей 5 и 6. При этом начало паузы напряжения питания формирователя импульсов управления разрядным (зарядным) тиристором обеспечивают до момента включения зарядного (разрядного) тиристора, а конец - не ранее появления на нем обратного напряжения, возникающего вследствие резонансного заряда (разряда) рабочего конденсатора инвертора. Для упрощения системы управления тиристорами питание формирователя импульсов управления разрядным (зарядным) тиристором осуществляется обратным напряжением на зарядном (разрядном) тиристоре. 1 з.п.ф-лы, 6 ил. -ч & VI 4 СЛ СЛ ся

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 В 23 К 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4787270/08 (22) 01,02.90 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) В.С,Гвоздецкий, B.È,Ñêðûïíèê и

Л.M.ßðèíè÷ (53} 621,791.75 (088.8) (56) Калашников Б,Е., Кривицкий С.О., Энш(тейн И.И. Системы управления автономными инверторами, — M. Энергия, 1974, с. 75, рис. 41. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧHblM ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ (57) Использования: в инверторных тиристорных источниках для электродуговой сварки и при проектировании их систем управления, Сущность изобретения: для питания формирователей 1 и 2 импульсов управления тиристорами сварочного источника питания, построенного на базе резонансного инвертора, напряжение питания от выпрямителей 3 и 4 подается в виде импульсов с помощью ключей 5 и 6. При этом начало паузы напряжения питания формирователя импульсов управления разрядным (зарядным) тиристором обеспечивают до момента включения зарядного (разрядного) тиристора, а конец — не ранее появления на нем обратного напряжения, возникающего вследствие резонансного заряда (разряда) рабочего конденсатора инвертора, Для упрощения системы управления тиристорами питание формирователя импульсов управления разрядным (зарядным) тиристо ром осуществляется обратным напряжением на зарядном (разрядном) тиристоре. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1745455

Изобретение относится к области сварочной техники, в частности к инверторным источникам питания для электродуговой сварки, и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности.

Известно, что в состав блоков управления инверторных тиристорных источников сварочного тока входят выходные формирователи управляющих импульсов. При этом питание выходных формирователей осуществляют постоянным напряжением от выпрямительных устройств, преобразующих переменное напряжение промышленной сети, поступающее на входы питания блока управления, в заданное постоянное напряжение, подаваемое на входы питания формирователей.

При питании выходных формирователей импульсов управления тиристорами постоянным напряжением всегда существует вероятность формирования ложного управляющего импульса под действием помехи— как собственной, так и внешней.

Цель изобретения — улучшение качества сварки, увеличение удельной мощности сварочного источника, снижение уровня шума и упрощение конструкции сварочного источника.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления сварочным источником питания, содержащее резонансный инвертор с рабочим конденсатором и формирователи импульсов управления зарядным и разрядным тиристорами, снабжено первым и вторым ключевыми элементами, включенными в цепь питания формирователей импульсов управления зарядным и разрядным тиристорами соответственно, причем первый управляющие вход первого ключевого элемента соединен с выходом формирователя импульсов управления зарядным тиристором, а второй и третий управляющие входы — параллельно разрядному тиристору, а управляющие входы второго ключевого элемента соединены соответственно с выходом формирователя импульсов управления разрядным тиристором и параллельно зарядному тиристору.

Упрощение конструкции сварочного источника достигается тем, что для питания устройства управления сварочным источником использован рабочий конденсатор инвертора, при этом формирователи импульсов управления и разрядным тиристорами подключены через ключевой элемент параллельно разрядному и зарядному тиристору соответственно положительным входом к катоду, а отрицательным — к аноду тиристора.

Устройство работает следующим обра30 зом.

Устройство управления обеспечивает поочередное периодическое включение зарядного Т1 и разрядного Т2 тиристоров с помощью импульсов управления, поступаю35 щих с выхода формирователей 1 и 2 на управляющие переходы тиристоров Т1 и Т2 соответственно, Формирование импульсов осуществляетя с заданной задержкой по отношению к моменту включения с помощью

40 ключей 5 и 6 питания формирователей 1 и 2.

Моменты коммутации первого 5 и второго 6 ключей выбираются следующим образом.

Перед включением зарядного тиристо45 ра Т1 ключ 6 размыкают (эпюра Ьа, фиг. 2).

В течение интервала г проводимости тиристора Т1 от момента (1 его включения с помощью управляющего импульса до момента

t2 появления на тиристоре Т1 (вследствие

50 резонансного заряда рабочего конденсатора С инвертора) обратного напряжения (эпюра Uo рт1) питание формирователя 2 отсутствует. Ключ 6 замыкают не ранее момента t2 появления обратного напряжения на

55 тиристоре Т1, На выходе формирователя 2 с некоторой задержкой времени после подачи питания появится импульс 0 Рт2 управления разрядным тиристором Т2, За счет соответствующего выбора величины задержки это произойдет не ранее, чем по исте5

На фиг, 1 представлены функциональная схема устройства управления сварочным источником питания; на фиг. 2 — временная диаграмма работы инвертора; на фиг, 3— принципиальная электрическая схема сварочного источника питания с устройством управления; на фиг. 4 — эпюры напряжений на различных элементах этой схемы; на фиг, 5— упрощенная принципиальная электрическая схема сварочного источника питания на основе двухъячейкового инвертора как пример реализации устройства для случая многоячейковых инверторов, на фиг, 6 — временная диаграмма работы такого источника.

Устройство управления (фиг. 1) содержит одноячейковый резонансный последовательный несимметричный инвертор (может быть применен любой тип резонансных инверторов), в состав которого входят зарядный Т1 и разрядный Т2 тиристоры и рабочий конденсатор С. Питание формирователя 1 импульсов управления зарядным тиристором Т1 и формирователя 2 импульсов, управления разрядным тиристором Т2 осуществляется соответственно от устройств 3 и 4 через ключевые элементы 5 и 6, 1745455 чении номинального времени r> выключе- мое на входы питания соответствующих ния зарядного тиристора Т1 после появле- формирователей импульсов. Формирования на нем обратного напря>кения, С тель 1 импульсов управления зарядным тизадержкой времени поотношению к момен- ристором Т1 подключен параллельно ту подачи управляющего импульса на раз- 5 разрядному тиристору Т2 через диод 01, а рядный тиристор Т2 перед включением формирователь 2 импульсов управления зарядного тиристора Т1 ключ 6 размыкают.. разрядным тиристором Т2 подключен паНа этом цикл коммутации ключа 6, т.е, цикл раллельно зарядному тиристору Т1 через питания формирователя 2, заканчивается, диод 02. Здесь выпрямительные диоды 01

Далее процесс повторяется с частотой ин- 10 и D2 играют одновременно роль ключевых вертирования. элементов.

Цикл питания формирователя 1 анало- Выходной каскад формирователя 1 согичен описанному. После замыкания ключа стоит из тиристора ТЗ и выходного транс5 (эпюра U <) на выходе формирователя 1 с форматора Тр1 и подсоединен параллельно некоторой задержкой времени появляется 15 накопительному конденсатору С2. Соответупр импульс U Рт1 управления зарядным тири- ственно выходной каскад формирователя 2 стором Т1. После включения тиристора Т1 в состоит из тиристора Т4 и выходного трансзаданный момент перед включением раз- форматора Тр2 и подсоединен параллельно . рядного тиристора Т2 ключ 5 размыкают и накопительному конденсатору С3. Вторичзамыкают снова не ранее появления на.раз- 20 ная обмотка выходного трансформатора рядном тиристоре Т2 обратного напряже- Тр1 подключена к управляющему переходу ния. На этом цикл коммутации ключа 5 аЬ зарядного тиристора Т1, а вторичная обзаканчивается, Далее процесс повторяется мотка трансформатора Тр2 — к управляющес частотой инвертирования. му переходу cd разрядного тиристора Тр2, Отметим,чтомоментразмыкания ключа 25 Управляющий переход тиристора ТЗ (Т4)

6 можно выбирать в любой точке открытого формирователя 1 (2) через двухбазовый диинтервала времени между включением раз- од подключен к конденсатору С4 (С5) интегрядного тиристора Т2 и включением заряд- рирующей цепочки. ного тиристора Т1, Соответственно момент Работа устройства управления источ размыкания ключа 5 выбирают в любой точ- 30 ником ясна из приведенных на фиг. 4 эпюр ке открытого интервала времени между напряжения, где эпюра а иллюстрирует повключеНием зарядного тиристора Т1 и мехи, возникающие в моменты включения и включением разрядного тиристора Т2 (на выключения зарядного Т1 и разрядного Т2 временных диаграммах это условно показа- тиристоров; зпюра б — напряжение на рабоно пунктиром). 35 чем конденсаторе С1; эпюра в, r — обратные

Как видно из фиг. 2, длительность тр па- напряжения Uo Рт2 и Uo Рт) соответственно

1. узы в питании формирователя импульсов на разрядном Т2 и зарядном Т1 тиристорах; управления разрядным(зарядйым)тиристо- эпюры д, е — напряжения на конденсаторах ром превышает длительность г интервала С2 и СЗ соответственно; эпюры х<, з — напря. проводимости зарядного (разрядного) тири- 40 жения на конденсаторах С4 и С5 соответстстора. Поэтомусобственные помехи инвер- венно; эпюры и, к — напряжения на тора, возникающие при включении, и выходных клеммах формирователей 1 и 2 выключении зарядного (разрядного) тири- (импульсыуправлениятиристорамиТ1иТ2) стора, никак не могут привести к формиро- соответственно. ванию незапланированного импульса 45 Использование устройства возможно и управления разрядным(зарядным)тиристо- в сварочных источниках на основе многором, Если к тому же конец паузы выбирать ячейковых инверторов. В приведенном на не ранее момента восстановления запира- фиг.5устройствеуправпниясварочнымисющих свойств тиристоров в прямом направ- точником на основе двухьячейкового инверлении, то влияние внешних помех будет 50 тора формирователь 1 импульсов также полностью исключено. управления зарядным тиристором ТЗ втоВ сварочном источнике питания на фиг. рой ячейки запитан обратным напряжениЗреализованопредлагаемоеустройствоуп- ем йз на зарядном тиристоре Т1 первой равления. В нем источником питающего ячейки, формирователь 2 импульсов управформирователи импульсов напряжения слу- 55 ления разрядным тиристором Т2 первой жит рабочий конденсатор С1, благодаря пе- ячейки запитан обратным напряжением U z резаряду которого на зарядном Т1 и на зарядном тиристоре ТЗ второй ячейки, разрядном Т2 тиристорах периодически формирователь 3 импульсов управления возникает обратное напряжение, подавае- разрядным тиристором Т4 второй ячейки запитан обратным напряжением U

30

55 рядном тиристоре Т2 первой ячейки и формирователь 4 импульсов управления зарядным тиристором Т1 первой ячейки запитан обратным напряжением Ом на разрядном тиристоре Т4 второй ячейки.

Отличительная особенность устройства управления сварочным источником питания на базе многоячейкового инвертора заключается s режиме коммутации цепей питания формирователей импульсов управления тиристорэми. В этом случае для устойчивой работы инвертора минимально возможная величина паузы в питании формирователей . должка превышать сумму длительности х интервала проводимости тиристора и его номинального времени т8 выключения. Это обьясняется тем, что при наличии несколь-. ких ячеек в течение опасного для каждого тиристорэ интервала времени — от момента появления обратного напряжения на нем до восстановления его запирающих свойств, когда возможно его включение от помехи,— происходит коммутация тиристоров других ячеек, т.е. существуют мощные собственные помехи инвертора, что в одноячейковых инверторах исключено. Поэтому отсутствие питания формирователей на этом интервале является необходимым условием устойчивой работы инвертора.

На временной диаграмме, фиг. 6, видно, что напряжение питания, например, Оп формирователя импульсов управления разрядным тиристором Т2 первой ячейки отсутствует на интервале т проводимости за-. рядного тиристора Т1 этой ячейки и втечение. его номинального времени t выключения.

То же относится к соответственным парам тиристоров и формирователей импульсов управления каждой ячейки.

Устройство управления сварочным источником питания позволяет полностью исключить влияние собственных коммугационных помех инвертора на работу формирователей импульсов за счет периодического отключения питания соответствующих формирователей на определенных временных интервалах, в пределах которых существует опасность одновременного включения зарядного и разрядного тиристоров сдай и той же ячейки в результате действия помехи. Благодаря этому появляется воэможность увеличить предельную частоту инвертирования до максимально возможной для данного номинального времени выключения тиристора, повысить максимальные значения коммутируемых токов и напряжений. В результате улучшается качество сварного соединения за счет благоприятного изменения процессов кристаллизации ванны при сварке на,йюсоких рабочих частотах, увеличивается удельная мощность сварного источника и улучшается его массогабаритные характеристики, снижается уровень шума за счет работы в области частот, не слышимых человеком.

Устройство может быть применено в системах управления сварочными источ-. никами питания на основе резонансных последовательных или параллельных инверторов без обратных диодов, а также в тиристорных преобразователях другого назначения.

Изготовлены и испытаны лабораторные образцы сварочных источников питания на базе одноячейковых резонансных последо-. вательных инверторов для аргонодуговой сварки в непрерывном и импульсном режимах на номинальные токи 160 и 315 А (при

ПВ100%). Частота преобразования 10 кГц, Габаритные размеры лабораторных источников 480 х 200 х 420 мм, масса 28 кг. Первый из упомянутых источников построен с принудительным воздушным охлаждением, второй — с водяным, Источники выполнены на элементной базе отечественного производства. Удельные характеристики, приведенные к ПВ=60%, для источника на номинальный ток 160 А, следующие; ток 9,5

А/кг, мощность 0,17 кВА/кг; для источника на номинальный ток 315 А соответственно

18,7 А(кг и 0,4 кВА/кг, Технологические испытания по наплавкестали BHC — 17толщиной4,5мм показали, что по сравнению с серийным источником

ВСВУ-315 разработанные источники обеспечивают увеличение глубины провара на

30-40% и уменьшение ширины шва на 1015% при высоком качестве шва. Измерения шума на рабочем месте оператора показали, что шум не превышает допустимых значений.

Формула изобретения

1, Устройство управления сварочным источником питания, содержащее резонансный инвертор с рабочим конденсатором и формирователи импульсов управления зарядным и разрядным тиристорами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества сварки., увеличения удельной мощности источника и снижения уровня шума за счет исключения влияния собственных коммутационных помех инвертора, оно снабжено первым и вторым ключевыми элементами, включенными в цепь питания формирователей импульсов управления зарядным и разрядным тиристорами соответственно, причем первый

1745455

Ьк улр

77 управляющий вход первого ключевого элемента соединен с выходом формирователя импульсов управления зарядным тиристором, а второй и третий управляющие входы — параллельно разрядному тиристору, а управляющие входы второго ключевого элемента соединены соответственно с выходом формирователя импульсов управления разрядным тиристором и параллельно зарядному тиристору.

2. устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения конструкции, рабочий конденсатор инвертора включен в цепь питания формирователей

5 импульсов управления зарядным и разрядным тиристорами, которые соответственно подключены через ключевые элементы параллельно разрядному и зарядному тиристорам положительным входом к катоду, а

10 отрицательным — к аноду тиристоров.

1745455

1745455 уУР

gulp

Редактор Е.Папп

Заказ 2350 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент ", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

g dbp

getup

Составитель О.Копейкин

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко