Источник питания для дуговой сварки

Источник питания для дуговой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистических

Реслублик (n>998037 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 0912.81 (21) 3361035/25-27

Р М К з

В 23 К 9/00 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет($3) УДК 621 ° 791..75(088 ° 8) Опубликовано. 230283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 230283

A.Ñ. Васильев, С.A. Ермолин, М.И. Закс, П.

М.Г. Малков и В.В. Смирнов

{72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно исследовательский проект .конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования и Ленинградск ьа ордена Ленина электротехнический институт " " .;;,:.:

Ь У=зим. B.È.Óëüÿíoâà (Ленина) --. (7 ) Заявители (54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ

СВАРКИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания сварочных установок, содержащих промежуточное звено переменного тока повышенной относительно питающей сети частоты.

Известно устройство, предназначенное для дуговой сварки и содержащее промежуточный преобразователь частоты, а также соединенные последовательно мостовой высоковольтный неуправляемый выпрямитель, питающий; ся от сети переменного тока, емкостный фильтр, тиристорный.полумостовой инвертор, силовой трансформатор, содержащий первичную и -вторичную обмотки, низковольтный выпрямитель, фильтр и сварочную цепь, а также систему управления .инвертором (1 .

Устройство имеет высокий КПД, так как при наличии двухобмоточного трансформатора ток нагрузки инвертора прн разорванной сварочной цепи яв-. ляется током холостого хода транс.форматора.

Достаточное для надежной коммутации вентилей инвертора значение этого тока обеспечивается при низком сопротивлении трансформатора со стороны его первичной обмотки, которое достигается малым числом витков этой обмотки, активными потерями в сердечнике, либо совместным

5 действием этих факторов, что приводит к потерям мощности в элементах источника питания.

Известно также устройство, в которое для расширенных диапазонов нагрузок последовательного инвертора вплоть до холостого хода вторичной обмотки введен выпрямитель, вход которого подключен к выходу инвертора непосредственно или через дополнительную обмо=ку трансформатора, а выход - к зажимам питания инвертора постоянным током (2j.

Наиболее близким по технической сущности к изобр .тению является ис20 точник питания для дуговой сварки,содержащий тиристорный последовательный инвертор, трансформатор, нагрузку и выпрямитель, причем трансформатор содержит три обмотки (первичную, вторичную и дополнительную) и схему управления инвертором. Первичная обмотка подключена к выходу инвертора, вторичная к нагрузке, дополнительная к входу выпрямителя, выход которого соединен с клеммами источника нитания инвертора постоянным током.

998037

Параллельно первичной обмотке трансформатора подключен конденсатор (3 .

Недостатком источника является. невысокий КПД, что связано с наличием конденсатора, подключенного параллельно первичной обмотке трансформатора, Применение конденсатора в данном устройстве вызвано необходимостью компенсации индуктивных составляющих сопротивлений фаэ выпрямителя и инерционности его диодов с целью увеличения скорости вывода энергии из трансформатора во время перехоДных процессов; ограниченность диапазона частотного регулирования 15 мощности нагрузки также связана с наличием конденсатора, сопротивление которого падает с ростом частоты.

° Целью изобретения является экономия электроэнергии за счет повышения КПД 2О

Цель достигается тем, что в источ-ник питания для дуговой сварки, содержащий высоковольтный выпрямитель, подключенный к вводным клеммам сети 25 переменного тока, последовательно соединенные фильтр, инвертор, трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки и низковольтный выпрямитель, при этом выход последне- 3Q

ro подключен к выходу источника, а выход высоковольтного выпрямителя подключен к Фильтру, первый и второй входы первой схемы сравнения соединены соответственна с выходом цатчика тока и источником опорного . напряжения, выход первой схемы срав- . нения через задающий генератор соединен с последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, выход которого соединен с тиристорами инвертора, введены линия задержки, вторая схема сравнения и делитель напряжения, а трансформатор выполнен с тремя дополнительными обмотками, причем пер- ф5 вая и третья .дополнительные обмотки намотаны поверх остальных обмоток трансформатора, к выходным зажимам инвертора подключены.две параллельные цепи, первая иэ которых Я состоит из последовательно-согласно соединенных первичной и первой дополнительной обмотки трансформатора, а вторая из последовательно-встречно соединенных второй и третьей дополнительной обмоток, выход датчика тока соединен с первйм входом второй схемы сравнения, второй ее вход через делитель напряжения соединен с источником опорного напряжения, выход второй схеьы сравнения через 6© линию задержки соединен с вторым входом задающего гененатора.

На чертеже приведена блок-схема источника питания. И

Источник питания содержит высоковольтный выпрямитель 1, вход которого подключен к питающей сети переменного тока, выход через фильтр 2к входу последовательного тиристорно ного инвертора 3, выход которого подключен к двум параллельно соединенным цепям, первая из которых образована последовательным-согласным соединением первичной 4 и первой дополнительной 5 обмоток трансформатора 6, вторая - последовательнйм-встречным соединением второй 7 и третьей 8 дополнительных обмоток.

Вторичная обмотка 9 этого трансформатора подключена к входу низково-. льтного выпрямителя 10, выход кото.рого. соединен с зажимами сварочной цепи 11, в разрыв которой введен датчик тока 12, его выход соединен с одним входом первой схемы сравнения 13, к другому входу которой подключен источник опорного напряжения 14.

Выход первой схемы сравнения 13 соединен с первым входом задающего генератора 15,.второй его вход через последовательно включенную линию задержки 1б соединен с выходом второй схемы сравнения 17, первый вход которой соединен с выходом датчика токау второй — с источником опорного напряжения через делитель напряжения 18.

Выход задающего генератора через последовательно соединенные делитель настоты 19 и формирователь (например двухканальный) импульсов 20 соединен с управляющими цепями тиристоров инвертора З.-Сварочная цепь 11 содержит электрод 21 и изделие 22.

Ус ройство работает следующим образом.

Напряжение на концах дополнительных обмоток 5 и 8 представляют собой алгебраические суммы ЭДС, наведенной намагничивающей составляющей тока первичной обмотки и падения напряжения от токов обмоток 4 и 7, т.е. нагрузочных токов в полных сопротивлениях обмоток 5 и 8, причем в обмотке 5 эти величины суммируются, а в обмотке 8 вычитаются. При замыкании электрода 21 на изделие 22 и при горении дуги в сварочной цепи 11 появляется ток, а падения напряжения преобладают над наведенными составляющими ЭДС обмоток 5. и 8, так как последние расположены поверх всех про» чих обмоток трансфррматора и имеют малое, по сравнению с первичной обмоткой, число витков (2-3%) и, следовательно, слабую связь с первичной обмоткой.

Если первичная 4 и вторичная дополнительная 7 обмотки идентичны по электрическим и геометрическим характеристикам (например намотаны двумя 998037

65 параллельными одинаковыми проводниками), то и токи двух параллельных цепей, образованных обмотками 5, 4 и

7, 8 соответственно, практически одинаковы, поскольку разность напряжений на обмотках 5 и 8 пренебрежительно мала по сравнению с напряжением на одной иэ обмоток 4 нли 7.

Сумма этйх токов является током нагрузки инвертора;В этих режимах трансформатор предлагаемого устройства, идентичен по своим электрическим параметрам двухобмоточному трансформатору с замкнутым магнитопроводом, отличаясь лишь конструкцией первичной обмотки.

При отсутствии тока сварочной цепи составляющие напряжений на концах обмоток 5 и 8, вызванные нагруэочным током, стайовятся равными нулю. В то же время наведенные составляющие возрастают количественно, так как экранирующее действие вторичной обмотки 9 на расположенные поверх нее обмотки 5 и 8 устра няются при отсутствии тока этой обмотки. в таком режиме, при сохранении условия идентичности обмоток 4 и 7, их токи нельзя считать одинаковыми, так как в замкнутой цепи, образованной последовательнйм соединением обмоток 4, 5, 8 и 7 действует ЭДС.; равная арифметической сумме напряжений обмоток 5 и 8. Ток, протекающий в указанной цепи, создает потери мощности в трансформаторе, а энергия, обеспечивающая этот процесс, поступает от инвертора в виде уравнительного тока обмоток трансформатора, являющегося одновременно током нагрузки инвертора.

Данный режим аналогичем режиму двухобмоточного трансформатора„ вторичная обмотка которого замкнута на некоторое сопротивление, имеет число витков, равное сумме чисел витков обмоток 5 и 8, сопротивление нагрузки ее равно сумме сопротивлений обмоток 4, 5,. 7 и 8 трансформатора предлагаемого устройства.

Регулирование мощности, подводи-мой к сварочной цепи, производится путем изменения рабочей частоты инвертора, которая определяется задающим генератором, системы управле-. .ния. .t "

Задающий генератор 15 представля+ ет собой управляемый преобразователь напряжения в частоту прямоугольныхимпульсов.и имеет два входа. При положительном потенциале на втором входе задающего генератора 15 частота следования импульсов íà его выходе прямо пропорциональна напряжению на первом входе задающего генератора-15. Если потенциал на втором входе отрицателен, частота следования выходных импульсов уменьшается до заданного минимального эна» чения, не зависящего от сигнала на первом входе задающего генератора 15.

Делитель частоты 19 распределяет. выходные импульсы задающего генератора 15 на два канала по числу тиристоров инвертора. Формирователь 20 изменяет электрические параметры выходных импульсов делителя частоты с целью согласования их с параметрами управляющих цепей тиристоров.

1© Если источник питания предназначен для ручной сварки, система управления работает в режиме формирования крутопадающей внешней-статической характеристики, а сам источник явля- !

5 ется стабилизатором тока сварочной цепи.

При включении источника в четь, когда электрод 21 не касается изделия 22, выходной сигнал датчика тоЩ. ка 12 равен нулю.

Этот сигнал действует на первом (инвертирующем) входе первой,схеьы сравнения 13, на втором входе которой напряжение равно опорному.

На выходе первой схемы сравнения и на первом входе задающего генератора 15 действует напряжение, соответствующее максимальной частоте.

Однако частота следования выходных импульсов задающего генератора 15 минимальна, так как на втором его входе действует отрицательный потенциал, формируемый -второй схемой сравнения 17 и передаваемый через линию задержки 16, так как к первому (не35 инвертирующему) входу схемы сравнения 14 приложен нулевой потенциал, к второму ее входу — положительный потенциал источника опорного напря-. жения, прошедший через делитель на40 пряжения 18.

Источник работает в режиме холостого хода сварочной цепи при минимальной частоте инвертора.

При замыкании электрода на иэделие в сварочной цепи появляется ток.

Когда последний достигает заданного минимального значения, например равного 0,1 йоминального сварочного То ка, на выходе второй схемы сравнения появляется полсжительный потенциал.

Через интервал времени, определяемый линией задержки 16, этот потен-циал передается на второй вход задающего генератора 15 и разрешает . его функционирование в режиме преобраэователя. напряжение - частота, а .в целом источник питания работает в режиме стабилизатора сварочного тока.

При обрыве дуги рабочая частота инвертора возрастает и достигает заданного максимального значения, так как сигнал на выходе первой схемы сравнения максимален, а прохождение отрицательного потенциала выхода второй схемы сравнения задержива-.

7 ется на интервал времени, определяемый. линией задержки 16. Если в течение этого интервала сварочная цепь восстановится, стабилизация тока продолжится, в противном случае по истечении времени задержки под действием выходного сигнала схемы сравнения 17 частота инвертора установится на минимальном значении.

Таким образом, повышение КПД в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что трансформатор данной конструкции в нормальном режиме сварки эквивалентен двухобмоточному трансформатору с малыми потерями, т,е. имеет достаточно большую индуктивность первичной обмотки и является единственной нагрузкой инвертора.

В режиме холостого хода со стороны сварочной цепи нагрузкой инвертора является уравнительный ток трансформатора, в обмотках последнего при номинальной частоте выделяется значительная мощность, соизмеримая с номинальной мощностью нагрузки, а

КПД устройства равен нулю.

Такой режим, однако,.практически не влйяет на средний КПД устройства, поскольку, благодаря введению элементов 16 и 17 и связей между ними и прочими элементами системы управления, он имеет весьма малую относительную продолжительность, составляющую не более 10, в результате чего средний КПД оказывается больше

КПД известного устройства на 6-73. !

Кроме повышения КПД, предлагаемое устройство позволяет увеличить надежность источников питания для дуговой сварки, что связана с отсутствием элементов, образующих цепь сброса энергии в источник постоянного напряжения, и увеличением скорости вывода энергии из первичной обмотки трансформатора. В предлагаемом устройстве эта энергия не выводится из трансформатора, а переводится в последнем из электрической в тепловую, причем, благодаря идентичности обмоток 4, 7 и 5 и 8, соответственно, скорость рассеивания энергии всегда дОстаточна для формирования переходного процесса без перенапряжений.

Отсутствие статических и .динамических перенапряжений (ограничение напряжения холостого хода), в свою очередь, гарантирует безопасность эксплуатации такого источника.

Предлагаемое .устройство имеет хорошие массо-габаритные показатели, поскольку затраты материалов на изготовление трансформатора примерно такие же, как и на изготовление двухобмоточного, так как за счет параллельного включения обмоток 4 и 7. сечение провода этих обмоток может быть в два раза меньше, чем провода первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, а обмотки 5 и.

998037

8 имеют весьма малое число витков (как правило один)

Таким образом, преимуществами предлагаемого источника по сравнению с известным являются: повышение КПД на 6-7%; повышение надежности и безопасности персонала, так как выход на холостой ход происходит без. перенапряжения на элементах схемы (в схеме известного устройства перенапряжения приводили к частым ложным срабатываниям тиристоров и к

"опрокидыванию" инвертора, снижение массы и габаритов на 15.-20% с учетом снижения потерь в обмотках в рабочих режимах (увеличение потерь на холостом ходе не принципиально, так как холостой ход практически отсутствует — его длительность не более 10-30 с).

При освоении серийного производства предлагаемого устройства взамен серийного сварочного выпрямителя экономический эффект составит

424 руб, на одно изделие.

t0!

Формула изобретения

Источник питания для дуговой сварки, содержащий высоковольтный

З,) выпрямитель, подключенный к вводным клеммам сети переменного тока, последовательно соединенные фильтр, инвертор, трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки и низко вольтный выпрямитель, при этом выход последнего подключен к выходу источника, а выход высоковолвтного выпрямителя подключен.к фильтру, первый .и второй входы первой схемы сравнения соединены соответственно

40 с вых уом датчика тока и источником опорного напряжения, выход первой схемы сравнения через задающий генератор соединен с последовательно соединенными делителем частоты и

45 фоРмиРователем импульсов, выход которого соединен с тиристорами инвертора, отличающийся тем, что, с целью экономии электроэнергии за счет повышения КПД источника, в него введены линия задержки, вторая схема сравнения и делитель напряжения, а трансформатор выполнен с тремя дополнительными обмотками, причем первая и третья дополнительные обмотки намотаны поверх остальных обмоток трансформатора, к выходным зажимам инвертора подключены две параллельные цепи, первая из которых состоит из последовательносогласно соединенных первичной и

49. первой дополнительной обмотки трансформатора, а вторая — из последовательно-встречно соединенных второй и третьей дополнительной обмоток, выход датчика тока соединен с перЯ вым входом второй схемы сравнения, 998037

10 второй ее вход через делитель напряжения соединен с источником опорного напряиения, выход второй схемы сравнения через линию задержки соединен с вторым входом задающего генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании е 1546211, Н 2 F . опублнк.23.05.79.

2. Берфорд Б. Хофт Р. Теория автономных инверторов. И., "Энергия", 1969, с. 71.

3. Тиристоры. Под ред. В.A.Ëàáóíцова. И., "Энергия", 1971, с. 294, рис 11-20б (прототип).