УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРКИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРКИ


RU (11) 2078658 (13) C1

(51) 6 B23K9/10 

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

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

(14) Дата публикации: 1997.05.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 5041559/02 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.17 
(45) Опубликовано: 1997.05.10 
(56) Аналоги изобретения: Заявка ФРГ N 2913625, кл. В 23К 9/10, 1980. 
(71) Имя заявителя: Открытое акционерное общество "Харьковэнергоремонт" (UA) 
(72) Имя изобретателя: Павлов Анатолий Георгиевич[UA]; Нежальский Юрий Владимирович[UA] 
(73) Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "Харьковэнергоремонт" (UA) 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРКИ 

Использование: изобретение относится к электросварке, а именно к источникам питания с полупроводниковыми ключами, частота коммутации которых превышает частоту промышленной сети. Сущность изобретения: устройство для электросварки содержит выпрямитель с фильтром и конденсатором на выходе, нагрузку с трансформаторным входом, ключи катодной и анодной групп, устройство управления ключами, диоды в количестве, равном количеству ключей, и два стабилитрона, зашунтированные конденсаторами. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электросварке, а именно к источникам питания с полупроводниковыми ключами, частота коммутации которых превышает частоту промышленной сети.

Известен сварочный источник питания, содержащий выпрямитель с фильтром, нагрузку, ключи, схему управления ключами и обратные диоды (авторское свидетельство СССР N 1130904, кл. B 23 K 9/00).

Недостатком источника является возможность появления на силовых выводах ключей перенапряжений в переходных и аварийных режимах, величина которых может превышать предельно допустимые, что вызовет выход из строя ключей и отказ источника. Это связано с тем, что силовые выводы ключей соединены с индуктивными элементами источника, в том числе и паразитными; сами ключи высокочастотные и могут быть разрушены даже при кратковременных перенапряжениях, а величина перенапряжения не контролируется на зажимах ключей, причем ни одной, ни противоположной полярности.

Известен способ защиты ключей от недопустимой величины перенапряжений, когда параллельно ключу подключают двусторонний ограничитель перенапряжений или в виде специального элемента, или в виде комбинированных цепей из однополярных стабилитронов и диодов (Ф. Чаки и др. Силовая электроника. Перевод с английского. М. Энергоиздат, 1982, с. 223, рис. 6.9б).

Недостаток этого способа заключается в том, что практически вся энергия при ограничении перенапряжений выделяется в элементе без рекуперации в выпрямитель. Кроме того, элемент должен выдерживать полный импульсный ток и при этом быть более высокочастотным чем защищаемый ключ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для электросварки, содержащее выпрямитель с фильтром и конденсатором на выходе, нагрузку с трансформатором на входе, ключи, один из силовых выводов которых соединен с соответствующим выводом выпрямителя, устройство управления ключами, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами ключей, обратные диоды, один из выводов каждого из которых соединен со свободным силовым выводом соответствующего ключа (ФРГ заявка 2913625 кл. B 23 K 9/10, Offenlegungssrift 2913625 /Bundesrepublik. Deutschland/. Einrichtung zum Gleich und/oder Wechselstrom Lichtbogenschweien mit einem an ein Wechselstrom oder Gleichstrom - netz anschlie b Wechselrichter/Bodewig Peter Anmeldetad 5.4.79 Aktenzeichen P2913625.2; Offenlegungstag 16.10.80 Jnt, Cl: B 23 K 9/10]

Недостатком устройства является возможность появления перенапряжений на силовых выводах ключей, превышающих расчетные, в переходных режимах при относительно кратковременных превышениях напряжения, сравниваемых по времени с постоянной времени фильтра в питающей сети, что имеет место в производственных условиях.

В результате снижается надежность устройства или из-за возможности отказа устройства по причине выхода из строя ключей применяют ключи (и другие элементы силовой схемы) с допустимым напряжением, значительно превышающим величину расчетных перенапряжений, что увеличивает стоимость устройства.

Поэтому для повышения надежности устройства с одновременным снижением стоимости необходимо ограничивать величину предельно допустимых перенапряжений.

Это достигается тем, что в устройстве для электросварки, содержащем выпрямитель с фильтром и конденсатором на выходе, нагрузку с трансформаторным входом, ключи анодной и катодной групп, аноды и катоды которых соединены с положительным и отрицательным выводами выпрямителя соответственно, а свободные выводы с входами нагрузки, устройство управления ключами, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами ключей, в количестве, равном количеству ключей, соответствующие выводы каждого из которых соединены с соответствующей точкой соединения каждого ключа и входа нагрузки, дополнительно введены диоды в количестве, равном количеству ключей, и два стабилитрона, зашунтированные конденсаторами, причем анод одного и катод другого образуют две точки с положительным и отрицательным выводами выпрямителя, их свободные выводы совместно со свободными выводами обратных диодов и выводами дополнительных диодов образуют также две общие точки катодов и анодов, при этом свободные выводы диодов подключены катоды к катодам, а аноды к анодам ключей в каждой из точек соединения с входами нагрузки.

Новым является то, что дополнительно введены диоды в количестве, равном количеству ключей, и два стабилитрона, зашунтированные конденсаторами, причем анод одного и катод другого образуют две общие точки с положительным и отрицательным выводами выпрямителя, их свободные выводы совместно со свободными выводами обратных диодов и выводами дополнительных диодов образуют также две общие точки катодов и анодов, при этом свободные выводы диодов подключены катоды к катодам, а аноды к анодам ключей в каждой из точек соединения с входами нагрузки.

Поскольку отличительные признаки заявленного устройства для электросварки не встречаются у аналогов и прототипа, то по мнению заявителя и авторов они соответствуют критерию "существенные отличия".

На чертеже изображено предлагаемое устройство для электросварки.

Устройство содержит выпрямитель с фильтром и конденсатором на выходе 1; нагрузку с трансформаторным входом 2; стабилитроны, зашунтированные конденсаторами 3 и 6, ключи 4 и 5; схему управления ключами 7, диоды 8 и 11 и обратные диоды 9 и 10.

Работает устройство следующим образом.

Величина напряжения на выходе выпрямителя при постоянном напряжении переменного тока на входе выпрямителя и при постоянной нагрузке, т.е. при полном токе дуги или частичном имеет определенные значения, зависящие от напряжения питающей сети и параметров нагрузки.

В переходных режимах, например при холостом ходе, следующим сразу после режима короткого замыкания, чередующихся друг за другом при неустановившихся режимах сварки, а также при резких кратковременных перенапряжениях в питающей сети, сравнимых по времени с постоянной времени фильтра, напряжение на выходе выпрямителя может значительно превышать величину напряжения в установившемся режиме.

Нужно принимать во внимание и возможность относительно низкочастотных резонансных процессов, которые могут иметь место в контуре, образованном реактивностями недостаточно жесткой питающей сети, L-C-фильтром, реактивностями трансформатора и дросселя. Колебания в этом контуре могут возбуждаться неустановившимся режимом работы дуги и колебаниями напряжения в питающей сети.

В результате величина перенапряжений на выходе выпрямителя может значительно превышать величину, соответствующую установившемуся режиму.

Величина перенапряжений на ключах 4 и 5, зависящая от напряжения на выходе выпрямителя 1, имеет еще большие величины колебаний, т.к. зависит и от высокочастотных процессов в контуре, образованном реактивностью трансформатора нагрузки 2, элементов, ограничивающих dJ/dt и dU/dt (не показано) на ключах, величиной емкости коммутационного конденсатора (в резонансном инверторе, изображенном на чертеже, два последовательно соединенных конденсатора). Кроме того, на величину перенапряжений влияют также и паразитные (не показанные) реактивности монтажа силовой части. При этом, если скорости изменения потенциалов в точках соединения выводов ключей с выводами выпрямителя анода ключа 4 и катода ключа 5 имеют относительно невысокие значения, то в точках соединения ключей с нагрузкой катод 4 и анод 5 указанные скорости имеют значительно более высокие значения.

Все отмеченные при отсутствии цепей ограничения перенапряжений требует применения ключей и других элементов силовой схемы, рассчитанных на высокие значения напряжений и с учетом также высоких скоростей изменения этих напряжений. Обычно применяемые для этих целей R-C-цепи, снижая перенапряжения, потребляют значительную мощность и в режимах, когда перенапряжения не имеют опасно высоких значений.

В предлагаемом устройстве, элементы ограничения перенапряжений, функции которых выполняют элементы 3, 6, 8 11, до величин потенциалов на катоде 4 и аноде 5, не достигающих величин, равных + U + Uст и U Uст не оказывают влияния на процессы в силовой части и не потребляют энергии.

Здесь + U и U величины потенциалов на выходе выпрямителя + Uст и Uст напряжения стабилизации стабилитронов в цепях 3 и 6.

В случае появления потенциалов, превышающих указанные выше значения, в зависимости от полярности перенапряжения проводят соответствующие диоды 8 - 11, и потенциалы на катоде 4 и аноде 5 не превышают указанных величин.

При этом ограничиваются вершины импульсов и через стабилитроны течет практически постоянный средний ток из-за наличия шунтирующих конденсаторов, исходя из чего и выбирается величина их емкости, значительно меньший чем пиковые значения токов через диоды 8 11.

В предлагаемом устройстве обратные диоды 9 и 10, выполняя функции рекуперации, не ограничивают величину обратного напряжения на ключах до величин прямого падения напряжения на них в проводящем направлении, что снижает время восстановления управляемости ключей 4 и 5 (тиристоров на чертеже) в прямом направлении.

Таким образом, ограничение перенапряжений на ключах до величины фиксированно превышающей величину напряжения на выходе выпрямителя в предлагаемом устройстве достигнута.

Использование предлагаемого устройства для электросварки позволяет повысить надежность работы, исключить отказы, связанные с повреждением элементов силовой схемы из-за перенапряжений, применить элементы с более низкой величиной допустимых перенапряжений, снизить стоимость устройства и тепловыделение в элементах силовой схемы. Предлагаемый способ снижения перенапряжений не исключает одновременного использования общеизвестных способов, при которых их элементы будут работать в облегченных режимах. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для электросварки, содержащее выпрямитель с фильтром и конденсатором на выходе, нагрузку с трансформаторным входом, два ключа с блоком управления, анод первого ключа соединен с положительным выводом выпрямителя, с отрицательным выводом которого соединен катод второго ключа, катод первого ключа соединен с одним входом нагрузки и с анодом первого обратного диода, анод второго с другим входом нагрузки и с катодом другого обратного диода, отличающееся тем, что введены два стабилитрона, зашунтированные конденсаторами, и два дополнительных диода, причем анод первого стабилитрона подключен к аноду первого ключа, а катод к катодам первых обратного и дополнительных диодов, катод второго ключа соединен с катодом второго стабилитрона, анод которого соединен с анодами вторых обратного и дополнительных диодов, анод первого и катод второго дополнительных диодов подключены к соответствующим входам нагрузки.




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