Источник питания для дуговой сварки на постоянном токе

Источник питания для дуговой сварки на постоянном токе

Реферат

 

Изобретение относится к сварочным источникам питания инверторного типа и может быть использовано для сварки в строительстве, производстве и быту. Источник питания содержит сеть 1, фильтр из индуктивности 2 и емкости 3, инвертор состоящий из управляемых тиристоров 7, 8, 9, 10, коммутирующих конденсаторов 4, 5, защитной индуктивности 6, и коммутирующе-согласующего трансформатора 11, низковольтный выпрямитель на вентилях 12, 13 и нагрузка в виде сглаживающего фильтра 14 и сварочной цепи 15, а также систему управления, состоящую издатчика напряжения 16, компараторов 18 и 19, двух триггеров Шмитта 20, 21, ждущих одновибраторов 23, 24, задающего генератора 22, схем И 25 и 27, схем ИЛИ, 29, 30 и 31 и 32, формирователя-распределителя импульсов 33. Выполнение обратных вентилей в резонансном инверторе управляемыми позволило исключить на входе источника питания высоковольтный выпрямитель, что существенно снизило потери активной мощности и значительно увеличило КПД источника. 3 ил.

Изобретение относится к электросварке, конкретно к сварочным источникам питания инверторного типа и может быть использовано для сварки в строительстве, производстве и быту.

Цель изобретения - увеличение КПД устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема источника питания для дуговой сварки на постоянном токе; на фиг. 2 - эпюры импульсов системы управления; на фиг. 3 - временные диаграммы токов и напряжений элементов силовой схемы.

Источник питания (см. фиг. 1) содержит питающую сеть 1, входной фильтр из индуктивности 2 и емкости 3, последовательный резонансный инвертор, состоящий из управляемых тиристоров 7, 8, 9, 10, коммутирующих емкостей 4,5, защитной индуктивности 6 и коммутирующе-согласующего трансформатора 11, ко вторичной обмотке которого подключен низковольтный выпрямитель на вентилях 12, 13 и нагрузка в виде сглаживающего фильтра 14 и сварочной цепи 15, а также систему управления, состоящую из датчика напряжения 16, входы которого подключены к зажимам емкости 3, а инверсные выходы к входам компараторов 18 и 19 и входам двух триггеров Шмитта 20, 21. На вторые входы компараторов 18, 19 подается напряжение уставки источника 17; входы ждущих одновибраторов 23, 24 подключены к выходу задающего генератора 22, их выходы и выходы компараторов 18, 19 подключены к входам двух пар схем И: 25, 27 и 26, 28, выходы которых и выходы двух триггеров Шмитта подключены к входам двух пар схем ИЛИ: 29, 30 и 31, 32, выходы которых поступают на вход формирователя - распределителя импульсов 33, выходные клеммы которого подключены к соответствующим выводам управляющих электродов тиристоров 7, 8, 9, 10.

Устройство работает следующим образом.

При подключении к источнику 1 однофазной сети переменного тока на емкости 3 входного фильтра появляется переменное напряжение и соответственно на выходе датчика напряжения 16 (ДН) появляются инверсные сигналы U16 (+) и U16 (-) (см. фиг. 2), которые поступают на первые входы компараторов 18, 19 (К1, К2). Напряжение уставки U17 подается на вторые входы компараторов 18, 19, на выходе которых формируются широкие импульсы (U18, U19 фиг. 2), определяющие зону селекции импульсов управления основных тиристоров, причем ширина этой зоны определяется временем, когда напряжение положительной полуволны инверсных сигналов больше напряжения уставки источника 17 (И17).

Инверсные сигналы с датчика 16 подаются также на входы триггеров Шмитта 20, 21 (ТШ1, ТШ2), которые запускаются в момент, когда эти сигналы превышают пороговое напряжение триггеров и сбрасываются при переходе напряжения датчика ДН через ноль (U20, U21 фиг. 2).

Задающий генератор 22 (ЗГ) формирует напряжение в виде меандра (U22 фиг. 2), которое поступает на входы ждущих одновибраторов 23 и 24 (ОВ1, ОВ2). Одновибратор ОВ1 срабатывает от переднего фронта импульса задающего генератора и формирует короткие импульсы, соответствующие моментам времени t1, 2t1, 3t1 и т. д. (U23 фиг. 2). Одновибратор ОВ2 срабатывает от второго фронта импульса задающего генератора в моменты t2, 2t2, 3t2 и т. д. (U24 фиг. 2). Импульсы с выходов одновибраторов поступают на первые входы двух пар схем И: 25, 26 и 27, 28, а на вторые входы схем И - селекторные импульсы компараторов К1, К2. Отселектированные по полуволнам питающего напряжения импульсы управления с выходов схем И поступают на первые входы двух пар схем ИЛИ: 29, 31 и 30, 32, на вторые входы которых подаются широкие импульсы с выходов триггеров Шмитта 20, 21, соответствующие зонам работы обратных диодов. С выходов двух пар схем ИЛИ: 29, 31 и 30, 31 импульсы системы управления (U29, U30, U31, U32 фиг. 2) через распределитель - формирователь 33 (РФ) поступают на управляющие электроды тиристоров 7, 8, 9, 10.

Отличительной особенностью работы является то, что тиристоры последовательного резонансного инвертора работают в двух режимах. При положительной полуволне питающего напряжения тиристоры 7, 8 являются основными, а включенные им встречно-параллельно тиристоры 9, 10 выполняют функции обратных диодов, т . к. на их управляющие электроды подаются широкие импульсы. При отрицательной полуволне питающего напряжения тиристоры 9, 10 становятся основными, а тиристоры 7, 8 выполняют функции обратных диодов.

На временных диаграммах напряжений и токов фиг. 3 можно проследить принцип формирования напряжения на нагрузке U15 (сварочная цепь 15), которая эквивалентна активному сопротивлению. Функции источника питания в рассматриваемой схеме фиг. 1 несет емкость 3 входного фильтра. С момента t1 до t2 емкость 3 заряжается до величины напряжения источника 1, а емкости 4,5 до 1/2 этого напряжения. Ток в нагрузке равен нулю. В момент t2 на управляющий электрод тиристора 8 поступает импульс управления и тиристор открывается, емкость 5 (U5 фиг. 3) начинает перезаряжаться в обратную полярность по резонансному контуру, состоящему из индуктивности первичной обмотки трансформатора 11, открытого тиристора 8, защитной индуктивности 6, до момента спадания тока тиристора 8 до нуля (момент t3), тиристор 8 выключается. Соответственно на первичной обмотке трансформатора формируется полуволна резонансного тока и напряжения (I11, U11 фиг. 3). Емкость С5 в интервале от t3 до t4 начинает разряжаться по контуру, состоящему из защитной индуктивности 6, тиристора 10, работающему в режиме обратного диода, и индуктивности первичной обмотки трансформатора 11, в которой формируется вторая полуволна резонансного тока. Емкость 4 (см. фиг. 1) в интервале от t2 до t4 работает в режиме перезаряда таким образом, чтобы сумма напряжений на емкостях 4 и 5 оставалась равной напряжению источника на емкости 3 (U4 фиг. 3). В интервале от момента t4 до момента t5 идет бестоковая пауза. В момент t5 на управляющий электрод тиристора 7 поступают импульсы управления и тиристор открывается, емкость 4 начинает перезаряжаться в обратную полярность по второму резонансному контуру, состоящему из защитной индуктивности 6, открытого тиристора 7 и первичной обмотки трансформатора 11, до спадания тока тиристора 7 до нуля, тиристор выключается и емкость 4 в интервале от t6 до t7 разряжается по контуру, состоящему из первичной обмотки трансформатора 11, тиристора 9, работающего в режиме обратного диода, защитной индуктивности 6. На первичной обмотке трансформатора формируется вторая волна резонансного тока и напряжения (I11, U11 фиг. 3). Емкость 5 в интервале от t5 до t7 работает в режиме перезаряда, аналогично режиму перезаряда емкости 4 в интервале t2-t4. Тиристоры 7 и 8 включаются поочередно и процессы повторяются. При смене полярности питающего напряжения 1 меняются функции тиристоров. Тиристоры 9, 10 становятся основными, а тиристоры 7, 8 начинают работать в режиме обратных диодов. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 11 выпрямляется диодами 12, 13 (см. фиг. 1) и на нагрузке 15 формируется напряжение сварочной цепи U15 (см. фиг. 3).

Выбранная структурная схема системы управления тиристорами позволяет исключить дополнительную ступень преобразования электрической энергии на входе источника питания - высоковольтный выпрямитель, этим существенно снизить потери активной мощности и соответственно значительно увеличить КПД устройства.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ, содержащий последовательно соединенные LC-фильтр, последовательный резонансный тиристорный инвертор, трансформатор и низковольтный выпрямитель, подключенный к электродам, а также систему управления инвертором, содержащую задающий генератор, две схемы ИЛИ, схему И, первый триггер Шмитта, датчик напряжения и распределитель-формирователь импульсов, отличающийся тем, что инвертор выполнен на четырех управляемых вентилях, в систему управления введены два ждущих одновибратора, два компаратора, второй триггер Шмитта, две схемы ИЛИ, три схемы И, причем выход задающего генератора через первый ждущий одновибратор подключен к первым входам первой и второй схем И, а через второй ждущий одновибратор - к первым входам третьей и четвертой схем И, вторые входы первой и третьей схем И подключены к выходу первого компаратора, второй и четвертой схем И - к выходу второго компаратора, входы компараторов соединены с входами соответствующих триггеров Шмитта и с выходами датчика напряжения, подключенного параллельно емкости LC-фильтра, выходы схем И через соответствующие схемы ИЛИ подключены к входам распределителя-формирователя, соединенного с управляющими электродами тиристоров инвертора, вторые входы первой и третьей, второй и четвертой схем ИЛИ связаны с выходами соответственно первого и второго триггеров Шми

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3