ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ


RU (11) 2094196 (13) C1

(51) 6 B23K9/095 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.10.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 96102317/02 
(22) Дата подачи заявки: 1996.02.08 
(45) Опубликовано: 1997.10.27 
(56) Аналоги изобретения: Патент РФ N 2049613, кл. B 23 K 9/00, 1995. Авторское свидетельство СССР N 1563911, кл. B 23 K 9/00, 1990. 
(71) Имя заявителя: Новосибирский государственный технический университет 
(72) Имя изобретателя: Зиновьев Г.С.; Лопаткин Н.Н. 
(73) Имя патентообладателя: Новосибирский государственный технический университет 

(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ 

Изобретение относится к электросварке и предназначено для дуговой электросварки на постоянном токе. Предлагается схема переносного источника питания для электросварки, который может быть использован для проведения сварочных работ в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и в случае питания от однофазной сети, в быту. Источник содержит входной выпрямитель, входной фильтр, резонансный тиристорный инвертор, RC-цепочки, выходной выпрямитель, выходной фильтр и систему управления, работает на нагрузку в виде сварочной дуги и позволяет задавать и стабилизировать требуемое значение тока нагрузки. Особенность источника является специальное выполнение инвертора, выполнение выходного выпрямителя неуправляемым и придание системе управления функции контроля за временами, предоставляемыми на восстановление запирающих свойств тиристоров и за пиковым значением напряжения на конденсаторе инвертора с введением в нее необходимых блоков. Предлагаемый источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе имеет более высокую надежность. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электросварке, а именно к сварочным источникам питания инверторного типа и может быть использовано для сварки в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и, при условии питания от однофазной сети, в быту.

Известен источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе, содержащий входной выпрямитель, входной фильтр, резонансный тиристорный инвертор с обратными диодами, двумя выходными трансформаторами, первичные обмотки которых и соответствующие конденсаторы составляют два коммутирующих контура, защитным дросселем и вентилем перезаряда, а также два выходных выпрямителя, нагрузкой которых является сварочная цепь, и систему управления, представляющую собой любой известный управляемый по частоте генератор импульсов (патент Российской Федерации N 2049613, кл. B 23 K 9/00, 1995).

Однако указанный инверторный источник питания для дуговой электросварки обладает недостаточной надежностью из-за отсутствия контроля каких-либо критических параметров работы инвертора.

Кроме того, известен инверторный источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе (Башкевич Е.И. Гейченко В.В. Карташев В.В. Киямов Р. Н. и Тефанов В.Н. Устройство для дуговой сварки на постоянном токе. Авт. св. N 1563911, СССР, B 23 K 9/00, 9/10), взятый за прототип, содержащий каскадно включенные входной выпрямитель, входной фильтр и резонансный полумостовой инвертор, а также демпфирующие RC-цепочки, включенные параллельно тиристорам инвертора, тиристорный выпрямитель, выходной фильтр, к выходным зажимам которого подключена нагрузка в виде сварочной дуги, систему управления, причем резонансный полумостовой инвертор состоит из двух тиристоров, двух диодов, двух дросселей, двух конденсаторов и выходного трансформатора, при этом анод первого тиристора, катод первого диода и первый вывод первого конденсатора подключен к положительному зажиму входного фильтра, катод второго тиристора, анод второго диода и первый вывод второго конденсатора подключены к отрицательному зажиму входного фильтра, катод первого тиристора, анод первого диода, катод второго диода и первые выводы первого и второго дросселей подключены к аноду второго тиристора, вторые выводы первого и второго дросселей подключены к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора, ко второму выводу которой подключены вторые выводы первого и второго конденсаторов, а система управления содержит блок управления инвертором, состоящий из задающего генератора и первого распределителя формирователя импульсов, блок управления тиристорным выпрямителем, состоящий из первого датчика тока, включенного в цепь нагрузки, задающего устройства тока нагрузки, первого устройства сравнения, первого интегратора, компаратора и второго распределителя формирователя импульсов, а также второй и третий датчики тока, включенные в цепи демпфирующих RC-цепочек, выпрямитель, второе устройство сравнения, задающее устройство допустимой скорости нарастания напряжения на тиристорах инвертора и второй интегратор, причем выходы первого датчика тока и задающего устройства тока нагрузки подключены ко входам первого устройства сравнения, к выходу которого через первый интегратор подключен первый вход компаратора, к выходу задающего генератора подключен вход первого распределителя формирователя импульсов и второй вход компаратора, выход которого подключен ко входу второго распределителя формирователя импульсов, выходы второго и третьего датчиков тока соединены через выпрямитель с первым входом второго устройства сравнения, а ко второму входу второго устройства сравнения подключено задающее устройство допустимой скорости нарастания напряжения на тиристорах инвертора, к выходу второго устройства сравнения подключен вход второго интегратора, выход которого подключен ко входу управления частотой задающего генератора.

Однако указанный инверторный источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе с нестандартной системой управления недостаточно надежен, поскольку не производится контроль такого важного параметра тиристоров инвертора, как время нахождения их под обратным напряжением, то есть время восстановления запирающих свойств тиристоров, а также пикового значения напряжения на коммутирующих емкостях инвертора.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание источника питания для дуговой электросварки на постоянном токе с более высокой надежностью.

Это достигается тем, что в источнике питания для дуговой электросварки на постоянном токе, содержащем каскадно включенные входной выпрямитель, входной фильтр и резонансный тиристорный инвертор, а также демпфирующие RC-цепочки, включенные параллельно тиристорам инвертора, выходной выпрямитель, выходной фильтр, к выходным зажимам которого подключена нагрузка в виде сварочной дуги, и систему управления, причем резонансный инвертор имеет два тиристора, диод, дроссель, конденсатор и выходной трансформатор, при этом анод первого тиристора и катод диода подключен к положительному зажиму входного фильтра, катод второго тиристора и первый вывод конденсатора подключены к отрицательному зажиму входного фильтра, катод первого тиристора и анод диода подключены к первому выводу дросселя, первый вывод первичной обмотки трансформатора подключен ко второму выводу дросселя, а второй ко второму выводу конденсатора, а система управления имеет датчик тока, включенный в цепь нагрузки, задающее устройство тока нагрузки, устройство сравнения, интегратор и первый компаратор, причем выходы датчика тока и задающего устройства тока нагрузки подключены ко входам устройства сравнения, к выходу которого подключен вход интегратора, в резонансном инверторе анод второго тиристора инвертора подключается к месту соединения первого вывода первичной обмотки трансформатора и второго вывода дросселя, выходной выпрямитель выполняется неуправляемым, а в систему управления вводятся три датчика напряжения, два задающих устройства уставки напряжения, второй и третий компараторы, логический элемент И, три элемента управляемой задержки, задающее устройство времени задержки, логический элемент ИЛИ, генератор одиночного импульса и два формирователя импульсов управления, при этом выход первого датчика напряжения, включаемого параллельно первому тиристору инвертора, и выход первого задающего устройства уставки напряжения подключаются ко входам первого компаратора, выход второго датчика напряжения, включаемого параллельно конденсатору инвертора, и выход второго задающего устройства уставки напряжения подключаются ко входам второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подключаются ко входам логического элемента И, выход которого подключается к запускающему входу первого элемента управляемой задержки, ко входам третьего компаратора подключаются выходы третьего датчика напряжения, включаемого параллельно второму тиристору инвертора, и первого задающего устройства уставки напряжения, а выход третьего компаратора подключается к запускающему входу второго элемента управляемой задержки, выход которого подключается к запускающему входу третьего элемента управляемой задержки, управляющие входы первого и второго элементов управляемой задержки подключаются к выходу задающего устройства времени задержки, управляющий вход третьего элемента управляемой задержки подключается к выходу интегратора, а выход к первому входу логического элемента ИЛИ, ко второму входу которого подключается выход генератора одиночного импульса, а к выходу вход первого формирователя импульсов управления первого тиристора инвертора, к выходу первого элемента управляемой задержки подключается вход второго формирователя импульсов управления второго тиристора инвертора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого источника питания для дуговой электросварки на постоянном токе; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Предлагаемый источник питания (фиг. 1) содержит каскадно включенные входной выпрямитель ВВ1, входной фильтр ВФ2 и резонансный тиристорный инвертор РИЗ, а также демпфирующие RC-цепочки ДЦ4 и 5, выходной выпрямитель В6, выходной фильтр Ф7, к выходным зажимам которого подключена нагрузка Н8 в виде сварочной дуги, и систему управления СУ9. Резонансный инвертор 3 содержит тиристоры 10 и 11, диод 12, дроссель 13, конденсатор 14 и выходной трансформатор 15. Анод тиристора 10 и катод диода 12 подключены к положительному зажиму входного фильтра 2, к отрицательному зажиму которого подключены катод тиристора 11 и первый вывод конденсатора 14. Катод тиристора 10 и анод диода 12 подключены к первому выводу дросселя 13, ко второму выводу которого подключены анод тиристора 11 и первый вывод первичной обмотки выходного трансформатора 15, причем второй вывод первичной обмотки подключен ко второму выводу конденсатора 14. Демпфирующие RC-цепочки 4 и 5 включены параллельно соответственно тиристорам 10 и 11. Выходной выпрямитель 6 выполнен неуправляемым. Система управления 9 содержит датчики напряжения ДН 16-18, включенные параллельно соответственно тиристорам 10 и 11 и конденсатору 14 инвертора 3, компараторы К19-21, задающие устройства установки напряжения ЗУН 22 и 23, логический элемент и 24, элементы управляемой задержки ЗУЗ 25-27, задающее устройство времени задержки 28, датчик тока ДТ29, включенный в цепь нагрузки Н8, устройство сравнения 30, задающее устройство тока нагрузки 31, интегратор Ин32, логический элемент ИЛИ 33, генератор одиночного импульса ГОИ 34 и формирователи импульсов управления ФИУ 35 и 36. Каждый элемент управляемой задержки (блоки 25-27) может быть выполнен как одновибратор с времязадающей цепочкой, содержащей в качестве сопротивления, управляемого напряжением, полевой транзистор. Выходы датчика напряжения 16 и задающего устройства уставки напряжения 22 подключены ко входам компаратора 19, а выходы датчика напряжения 18 и задающего устройства уставки напряжения 23 ко входам компаратора 20. Выходы компараторов 19 и 20 подключены ко входам логического элемента И 24, выход которого подключен к запускающему входу элемента управляемой задержки 25. Ко входам компаратора 21 подключены выходы датчика напряжения 17 и задающего устройства уставки напряжения 22, а выход компаратора 21 подключен к запускающему входу элемента управляемой задержки 26, выход которого подключен к запускающему входу элемента управляемой задержки 27. Управляющие входы элементов управляемой задержки 25 и 26 подключены к выходу задающего устройства времени задержки 28. Ко входам устройства сравнения 30 подключены выходы датчика тока 29 и задающего устройства тока нагрузки 31, а к выходу вход интегратора 32, выход которого подключен к управляющему входу элемента управляемой задержки 27. Ко входам логического элемента ИЛИ 33 подключены выходы элемента управляемой задержки 27 и генератора одиночного импульса 34, а к выходу вход формирователя импульсов управления 35 тиристора 10 резонансного инвертора 3. К выходу элемента управляемой задержки 25 подключен вход формирователя импульсов управления 36 тиристора 11.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) работает следующим образом. При подаче питания на вход входного выпрямителя 1 и на систему управления 9 генератор одиночного импульса 34 через логический элемент ИЛИ 33 и формирователь импульсов управления 35 включает тиристор 10. Далее, обращаясь к фиг. 2 рассмотрим работу устройства в установившемся режиме, поскольку процессы в переходном и установившемся режимах аналогичны и отличаются лишь начальным напряжением на коммутирующем конденсаторе 14, значение которого в момент первого включения тиристора 10 равно нулю, а в моменты включения тиристора 10 в установившемся режиме имеет некоторую отрицательную величину.

При поступлении в момент времени t1 (фиг. 2) импульса от формирователя импульсов управления 35 на управляющий электрод тиристора 10 последний открывается, и коммутирующая емкость 14 через дроссель 13 и первичную обмотку выходного трансформатора 15 заряжается в колебательном режиме от постоянного напряжения на выходных зажимах входного фильтра 2. В момент t2 (фиг. 2) заряд прекращается, напряжение на емкости имеет величину, примерно равную удвоенной величине входного напряжения резонансного инвертора 3. С этого момента начинается колебательный разряд емкости 14 через обратный диод 12 на источник напряжения на входе инвертора, а сигнал датчика напряжения 10 становится отрицательным и большим по абсолютной величине, чем напряжение задающего устройства уставки напряжения 22, заданное меньшим, чем прямое падение напряжения на диоде 12. Таким образом, в момент времени t2 разность выходных напряжений задающего устройства уставки напряжения 22 и датчика напряжения 16 становится положительной, и высокий уровень сигнала с выхода компаратора 19 поступает на вход логического элемента И 24. В момент времени t3 (фиг. 2) значение напряжения на конденсаторе 14, отслеживаемое датчиком напряжения 18, становится меньше, чем напряжение уставки Uуст задающего устройства уставки напряжения 23, и компаратор 20 падает сигнал высокого уровня на второй вход логического элемента И 24, сигнал высокого уровня с выхода которого запускает отсчет элементом управляемой задержки 25 заданного задающим устройством времени задержки 28 времени задержки tз1, необходимо для восстановления запирающих свойств тиристора 10. Устанавливаемое значение напряжения уствки Uуст задающего устройства уставки напряжения 23 зависит от приемлемого пикового значения напряжения на конденсаторе 14. Последнее определяется не только конкретным типом используемого конденсатора, но также и критическими параметрами других элементов резонансного инвертора 3, поскольку позволяет оценить амплитуду протекающего тока и скорость нарастания напряжения на ряде элементов. Так при значениях тока нагрузки, больших некоторой величины, напряжение на емкости 14 не будет превышать уровня Uуст, на втором входе логического элемента И 24 при этих значениях тока нагрузки будет постоянно присутствовать сигнал высокого уровня. При превышении напряжения на емкости 14 уровня Uуст момент запуска отсчета времени задержки элементом управляемой задержки 25 задерживается на интервал времени, в течение которого емкость 14 разрежается от максимального значения напряжения на ней до напряжения уставки, что снижает амплитуду напряжения при перезаряде через тиристор 11 и в следующем цикле. В момент времени t4 (фиг. 2) сигнал с выхода элемента управляемой задержки 25 через формирователь импульсов управления 35 открывает тиристор перезаряда 11. При этом диод 12 закрывается, а коммутирующя емкость 14 перезаряжается через тиристор 11 и первичную обмотку выходного трансформатора 15 до некоторого отрицательного уровня, при котором в момент времени t5 (фиг. 2) напряжение на тиристоре 11 становится отрицательным, и компаратор 21, сравнивая с выхода датчика напряжения 17 с напряжением задающего устройства уставки напряжения 22, подает выходной сигнал высокого уровня на запускающий вход элемента управляемой задержки 26. В момент времени t6 (фиг. 2), по прошествии с момента времени t5 заданного времени t31, необходимого для восстановления тиристора 11, на выходе элемента 26 задержки появляется сигнал высокого уровня, который поступает на запускающий вход элемента управляемой задержки 27. С датчика 29 снимается напряжение, пропорциональное току нагрузки, которое сравнивается устройством сравнения 30 с напряжением задающего устройства тока нагрузки 31, а сигнал рассогласования поступает через интегратор 32 на управляющий вход элемента управляемой задержки 27. В момент времени t7 (фиг. 2), по прошествии с момента времени t6 интервала времени длительностью tз2, которая определяется напряжением на управляющем входе элемента управляемой задержки 27, импульс положительной полярности с выхода последнего через логический элемент ИЛИ 33 и формирователь импульсов управления 35 открывает тиристор 10. Далее все процессы повторяются в указанном выше порядке.

Демпфирующие RC-цепочки 4 и 5 и дроссель 13 ограничивают скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах 10 и 11 инвертор. Влияние демпфирущих RC-цепочек на форму напряжения на тиристорах 10 и 11 на фиг. 2 не отражено.

Таким образом, предлагаемый источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе по сравнению с прототипом обладает более высокой надежностью благодаря контролю времени, представляемого на восстановление запирающих свойств тиристоров, и пикового значения напряжения на коммутирующей емкости. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Источник питания для дуговой электросварки на постоянном токе, содержащий последовательно соединенные входной выпрямитель, входной фильтр и резонансный тиристорный инвертор, а также две демпфирующие RC-цепочки, подсоединенные параллельно тиристорам инвертора, последовательно соединенные выходной выпрямитель и выходной фильтр, выход которого является первым выходом источника питания, систему управления, причем резонансный тиристорный инвертор содержит два тиристора, диод, дроссель, конденсатор и выходной трансформатор, при этом анод первого тиристора и катод диода подсоединены к первому выходу входного фильтра, катод второго тиристора и первый вывод конденсатора подсоединены к второму выходу входного фильтра, катод первого тиристора и анод диода подсоединены к первому выводу дросселя, первый вывод первичной обмотки выходного трансформатора подсоединен к второму выводу дросселя, а второй к второму выводу конденсатора, первый и второй выводы вторичной обмотки выходного трансформатора соединены с входами выходного выпрямителя, а система управления содержит датчик тока, задающее устройство тока нагрузки, устройство сравнения, интегратор и первый компаратор, причем выходы датчика тока и задающего устройства тока нагрузки подсоединены к входам устройства сравнения, к выходу которого подсоединен вход интегратора, отличающийся тем, что в резонансном тиристорном инверторе анод второго тиристора подсоединен к первому выводу первичной обмотки трансформатора и второму выводу дросселя, а в систему управления введены три датчика напряжения, два задающих устройства уставки напряжения, второй и третий компараторы, логический элемент И, три элемента управляемой задержки, задающее устройство времени задержки, логический элемент ИЛИ, генератор одиночного импульса и два формирователя импульсов управления, при этом выход первого датчика напряжения и выход первого задающего устройства уставки напряжения подсоединены к входам первого компаратора, выход второго датчика напряжения и выход второго задающего устройства уставки напряжения подсоединены к входам второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подсоединены к входам логического элемента И, выход которого подсоединен к запускающему входу первого элемента управляемой задержки, к входам третьего компаратора подсоединены выходы третьего датчика напряжения и первого задающего устройства уставки напряжения, а выход третьего компаратора подсоединен к запускающему входу второго элемента управляемой задержки, управляющие входы первого и второго элементов управляемой задержки подсоединены к выходу задающего устройства времени задержки, запускающий вход третьего элемента управляемой задержки подсоединен к выходу второго элемента управляемой задержки, управляющий вход к выходу интегратора, а выход к первому входу логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подсоединен выход генератора одиночного импульса, а к выходу вход первого формирователя импульсов управления первого тиристора инвертора, к выходу первого элемента управляемой задержки подсоединен вход второго формирователя импульсов управления второго тиристора инвертора, первый и третий датчики напряжения подсоединены параллельно, соответственно первому и второму тиристорам инвертора, второй датчик напряжения подсоединен параллельно конденсатору инвертора, датчик тока соединен между третьим выводом вторичной обмотки выходного трансформатора и вторым выходом источника питания, первый и второй выходы первого формирователя импульсов управления подсоединены соответственно к управляющему электроду и катоду первого тиристора инвертора, первый и второй выходы второго формирователя импульсов управления подсоединены соответственно к управляющему электроду и катоду второго тиристора инвертора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru