ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА


RU (11) 2175595 (13) C2

(51) 7 B23K9/06 

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

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

(14) Дата публикации: 2001.11.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 99105054/02 
(22) Дата подачи заявки: 1999.03.01 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.03.01 
(43) Дата публикации заявки: 2001.01.20 
(45) Опубликовано: 2001.11.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2018424 C1, 30.08.1994. RU 2049612 C1, 10.12.1995. RU 2066605 C1, 20.09.1996. RU 2012459 C1, 15.05.1994. 
(71) Имя заявителя: Закрытое акционерное общество "АРС ТЕРМ" 
(72) Имя изобретателя: Овдин В.И.; Гавриков С.В.; Шумахер В.Ф. 
(73) Имя патентообладателя: Закрытое акционерное общество "АРС ТЕРМ" 
(98) Адрес для переписки: 630049, г.Новосибирск, а/я 314, ЗАО "АРС ТЕРМ" 

(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 

Источник питания предназначен для дуговой сварки на производстве и в быту. Имеет высокие удельные характеристики. Источник питания содержит сетевой выпрямитель (1), мостовой преобразователь напряжения на полупроводниковых ключах (2), (3), (4), (5), выходной трансформатор (6), выходной выпрямитель (12). Параллельно выходу мостового преобразователя включен конденсатор (9) через ключ (10) переменного тока. Управление ключом (10) переменного тока осуществляется включенным последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора (6) датчиком (8) тока, выход которого через пороговое устройство (11) подключен ко входу ключа (10) переменного тока. Конденсатор (9), включаемый при больших токах нагрузки, позволяет распространить резонансный режим переключения полупроводниковых ключей (2), (3), (4), (5) мостового преобразователя в область больших токов и в 1,5 раза увеличить выходной ток и улучшить удельные характеристики источника питания. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к сварочной технике, в частности к малогабаритным аппаратам для сварки электрической дугой постоянного тока, в которых используется звено повышенной относительно питающей сети частоты.

Известны источники питания сварочной дуги [1, 2], в которых для уменьшения массы и габаритов используется звено повышенной частоты на тиристорах. Ввиду относительно невысокой частоты (единицы кГц) из-за низкого быстродействия существующих тиристоров масса выходного трансформатора и реактивных элементов остается высокой, что ограничивает применение этих устройств в переносных сварочных аппаратах.

Известен источник питания для нагрузок электродугового типа, в котором звено повышенной частоты - мостовой преобразователь напряжения - на транзисторах [3]. Транзисторы, обладая лучшими частотными свойствами, чем тиристоры, позволяют повысить частоту преобразования до нескольких десятков килогерц и, тем самым, снизить габариты и массу источника питания относительно устройства на тиристорах. Недостаток транзисторных преобразователей заключается в малой мощности источников питания на их основе. Связано это с тем, что при работе на индуктивную нагрузку в виде сварочного трансформатора приходится в 2-3 раза снижать среднее значение тока в пределах открытого состояния транзистора для исключения перегрузки транзистора по импульсной мощности в момент его выключения.

Из известных источников питания наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является источник питания сварочной дуги постоянного тока, содержащий сетевой выпрямитель, мостовой транзисторный преобразователь с нагрузкой в виде последовательно соединенного выходного трансформатора и ограничительного дросселя, выходной выпрямитель [4].

Преобразователь в этом устройстве работает в автоколебательном (резонансном) режиме, либо в режиме, близком к резонансному. В таком режиме выключение транзисторов происходит при пулевом напряжении на них, что позволяет получить на выходе преобразователя большую мощность, чем у представленного выше аналога [3]. Недостатком этого источника также остается низкое значение выходной мощности и тока сварки и, как следствие, невысокие массогабаритные характеристики.

Изобретение направлено на распространение резонансного режима переключения транзисторов в область максимальных токов коллектора, что ведет к увеличению выходного тока и улучшению массогабаритных характеристик источника питания дуги постоянного тока.

Это достигается источником питания сварочной дуги постоянного тока, содержащим сетевой выпрямитель, мостовой преобразователь напряжения на полупроводниковых ключах, ограничительный дроссель, выходной трансформатор, выходной выпрямитель, причем выход сетевого выпрямителя подключен ко входной диагонали мостового преобразователя, к выходной диагонали которого подключены выходной трансформатор последовательно с ограничительным дросселем, а ко вторичной обмотке выходного трансформатора подключен выходной выпрямитель. Кроме того, в отличие от прототипа [4], к выходу переменного напряжения мостового преобразователя через ключ переменного тока подключен конденсатор, а последовательно с входной обмоткой выходного трансформатора включен датчик тока, причем выход датчика тока через пороговое устройство подключен ко входу управления ключа переменного тока. Благодаря такому подключению конденсатора при больших токах нагрузки удается снизить динамические нагрузки на полупроводниковые ключи мостового преобразователя при выключении, тем самым - увеличить их загрузку по среднему току.

Авторам и заявителю не известны источники питания сварочной дуги постоянного тока, содержащие такую совокупность элементов и с таким их подключением, как в заявляемом источнике, позволяющим получить результат, который другими техническими решениями не достигается.

На фиг. 1 приведена блок-схема источника питания; на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений в характерных точках схемы.

Источник питания сварочной дуги постоянного тока содержит сетевой выпрямитель 1, к выходу постоянного напряжения которого подключен мостовой преобразователь напряжения из четырех полупроводниковых ключей 2, 3, 4, 5. К выходу переменного напряжения мостового преобразователя параллельно подключены последовательно соединенные выходной трансформатор 6 (первичной обмоткой), ограничительный дроссель 7 и датчик тока 8, а также последовательно соединенные конденсатор 9 и ключ 10 переменного тока. Выход датчика 8 тока подключен к входу управления ключа 10 переменного тока через пороговое устройство 11. Вторичная обмотка выходного трансформатора 6 соединена с выходным выпрямителем 12, выход постоянного напряжения которого соединен с нагрузкой. На фиг. 1 приведена также схема транзисторного ключа 3 с точкой 13 на коллекторе транзистора.

Источник питания сварочной дуги работает следующим образом.

С помощью схемы управления (на фиг. не показана) на один полупериод выходного напряжения мостового преобразователя открываются его полупроводниковые ключи 2 и 5, расположенные на одной диагонали моста, а на второй полупериод выходного напряжения открываются ключи 3 и 4 на второй диагонали моста при закрывшихся ключах 2 и 5. На выходе мостового преобразователя имеем переменное напряжение прямоугольной формы (эпюра 1, фиг. 2), которое через выходной трансформатор 6 и выходной выпрямитель 12 поступает на нагрузку.

Для уяснения сущности изобретения рассмотрим режим выключения транзистора ключа 3 мостового преобразователя при нагрузке, создаваемой выходным трансформатором 6 и ограничительным дросселем 7. На фиг. 2 кривые 1 и 2 изображают напряжение и ток в точке 13 на коллекторе транзистора ключа 3.

Время нарастания напряжения на коллекторе ф1 определяется из известного выражения заряда емкости постоянным током на интервале коммутации



где CЭ - эквивалентная емкость нагрузки, пересчитанная параллельно транзистору ключа (см. фиг. 1), либо емкость специально подключенного внешнего конденсатора;

Um - максимум напряжения на коллекторе транзистора;

Im1 - максимальное значение тока коллектора транзистора перед его выключением.

Для надежной работы транзистора в ключе требуется, чтобы время спада тока коллектора tСП, которое определяется в основном параметрами транзистора, было меньше или равно величине ф1, определяемой выражением (1). В противном случае, при tСП > ф1 конечный этап выключения транзистора будет происходить при максимальном напряжении на коллекторе (эпюры 1, 2 фиг. 1), что недопустимо для транзисторов.

Для случая tСП = ф1 из выражения (1) имеем предельную амплитуду тока коллектора



Увеличить значение Im1 в соответствии с формулой (2) можно только путем увеличения CЭ, так как величина tСП определяется параметрами транзистора, а Um определяется напряжением входной сети и не могут быть произвольно изменены. Верхнее значение величины CЭ определяется возможностью работы устройства на холостом ходу. Для этого случая из формулы (1) максимальное значение Э

CЭМ = UmImXX ф1 ,

где ImXX - величина тока нагрузки на холостом ходу, определяемая током холостого хода выходного трансформатора.

Из эпюры 1 следует, что максимальное значение ф1 не может быть больше T/4, где T - период выходного напряжения, так как это приведет к исчезновению плоской части на эпюре коллекторного напряжения, а на практике - к срыву колебаний преобразователя.

Тогда при ф1 T/4 предыдущее выражение будет иметь вид

СЭМ = UmImXXT/4. (3)

Выражения (2) и (3) определяют предельные возможности для амплитуды тока в коллекторе транзистора ключа, реализуемые в известной схеме.

Авторами изобретения предложено в источнике питания сварочной дуги параллельно выходу переменного тока мостового преобразователя ввести конденсатор 9, выполняющий функцию CЭ только при больших токах нагрузки во время замкнутого состояния ключа 10 переменного тока, с управлением ключом 10 переменного тока с помощью датчика 8 тока и порогового устройства 11.

Сигнал датчика 8 тока поступает на пороговое устройство 11 и при превышении порогового значения сигнала датчика 8 (порога UП) (эпюра 3 фиг. 2) замыкает ключ 10 переменного тока. Таким образом подключается в работу конденсатор 9, который в этом случае определяет скорость нарастания напряжения на коллекторе ключа 3 ф2 (эпюра 5 фиг. 2). Через конденсатор 9 при этом протекают короткие импульсы тока, длительность которых равна времени нарастания напряжения на коллекторе транзистора (эпюра 4 фиг. 2). Выполняется условие ф2 > tСП и появляется возможность дополнительного увеличения тока через ключи 2, 3, 4, 5 мостового преобразователя в соответствии с выражением (1). При малых токах пороговое устройство 11 не срабатывает, конденсатор 9 не подключается и работа предлагаемого источника не отличается от работы известного.

Заявляемое устройство проверено на образце сварочного аппарата АСПТ-60, выпускаемом серийно Рязанским приборным заводом по патенту РФ N 2018424. В сварочный аппарат введен узел из датчика тока на ферритовом кольце К20х12х6, порогового устройства на тиристорах КУ112, конденсатора типа К78-2 и ключа переменного тока на транзисторе КТ878А без теплоотвода. Масса введенного узла 0,12 кг. При тех же транзисторах КТ847А в ключах мозгового преобразователя сварочного аппарата выходной ток доведен с 60 А до 90 А. К имевшейся массе АСПТ-60 4,5 кг добавилось 0,12 кг введенного узла и 0,8 кг от установки более мощных силовых элементов, рассчитанных на ток 90 А.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания сварочной дуги постоянного тока достигнуто увеличение выходного тока в 1,5 раза и удельных характеристик по выходному току с 13,3 А/кг до 16,6 А/кг, т.е. на 25%.

Источники информации

1. Авторское свидетельство N 15300367, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 47, 1989 г.

2. RU N 2080221, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 15, 1997 г.

3. Авторское свидетельство N 1825681, кл. B 23 K 9/00, НОГН 71177, Б.И. N 15, 1997 г.

4. RU N 2018424, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 16, 1991 г.

5. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Э.М. Ромаш М., Радио и связь, 1981 г., с. 139 - 144. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Источник питания сварочной дуги постоянного тока, содержащий сетевой выпрямитель, подключенный своим выходом к входной диагонали мостового преобразователя напряжения на полупроводниковых ключах, пороговое устройство, последовательно соединенные выходной трансформатор и ограничительный дроссель, причем выход мостового преобразователя напряжения подключен к выходному трансформатору, вторичная обмотка которого соединена с выходным выпрямителем, и ограничительному дросселю, отличающийся тем, что он снабжен конденсатором, датчиком тока и ключом переменного тока, при этом конденсатор через ключ переменного тока подключен к выходу мостового преобразователя напряжения, датчик тока включен последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а выход датчика тока через пороговое устройство подключен ко входу ключа переменного тока.




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