Сварочный выпрямитель

(71) Ждановский мет ргическии инститочники питания сва высшая школа, 198 ктродугорки пулью изобретоимости е его.эксадеж носОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(57) Изобретение относится к элевой сварке и предназначено для свасирующей, импульсной дугой. Цельтения является снижение массы и ссварочного выпрямителя, улучшениплуатационных характеристик - н 801324789 ти, стабильности возбуждения дуги, расширение диапазона рабочих режимов без ухудшения стабильности протекания процесса. Выпрямитель (В) содержит трансформатор, два выпрямительных блока, блок управления тиристорами с регулирующим устройством, балластный резистор, дроссель и обратный вентиль. Для улучшения условий зажигания дуги в В введены два пороговых устройства, преобразователь уровня и два логических элемента И 2. Возбуждение дуги производится от маломощного В, а ее питание при сварке - от мощного тиристорного В. Маломощный В с дросселем и обратным вентилем служат также для поддержания горения дуги при прохождении сетевого напряжения через нуль. Схема подключения дополнительного В позволяет уменьшить ток, протекающий че- ф рез дроссель, и тем самым существенно снизить его габариты и массу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 3247891Изобретение относится к электродуговой сварке и предназначено для сварки пульсирующей импульсной дугой.Цель изобретения - снижение массы и стоимости сварочного выпрямителя, улучи;ение его эксплуатационных характеристик -- надежности и стабильности возбуждения дуги, расширение диапазона рабочих режимов без ухудшения стабильности протекания процесса.На фиг. 1 представлена блок-схема сва О рочного выпрямителя; на фиг. 2 - принципиальная схема; на фиг. 3 - схема диод- ного ограничителя с включенным на его выходе триггером Шмитта,Сварочный выпрямитель состоит (фиг. 1 и 2) из трансформатора 1, основного выпрямительного блока 2, дополнительного выпрямительного блока 3, питающих дуговой промежуток 4, блока 5 управления тиристорами основного выпрямительного блока, регулирующего устройства 6, балластного резистора 7, дросселя 8, обратного вентиля 9, первого 10 и второго 11 пороговых устройств, двух логических элементов 2 И 12 и 13 и преобразователя 14 уровня. При этом основной 2 и дополнительный 3 выпрямительные блоки подключены к выходу 2 трансформатора 1, а между выходами этих блоков включены последовательно соединенные балластный резистор 7 и дроссель 8. Точка соединения этих элементов подключена к обратному вентилю 9 и к входам пороговых устройств 10 и 11. К основному выпрямительному блоку 2 также подключены последовательно соединенные блок 5 управления тиристорами и регулирующее устройство 6, Выход основного выпрямитель- ного блока 2 и дросселя 8, а также входы обратного вентиля 9 и преобразователя 14 уровня подсоединены к выходу выпрямителя (точки А и Б на фиг. 2), куда подключен дуговой промежуток 4. Выходы преобразователя 14 уровня и второго порогового устройства 11 подключены к входам 40 второго логического элемента 2 И 13, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента 2 И 12, а первый вход подключен к выходу первого порогового устройства. Выход первого логического элемента 2 И подключен к разрешающему входу 45 блока 5 управления тиристорами.Основной выпрямительный блок 2 состоит (фиг. 2) из управляемых тиристорных вентилей 781 и 782, включенных по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, По аналогичной схеме собран и дополнительный выпрямительный блок 3. В качестве вентилей в нем использованы относительно маломощные диоды УР 2 и УРЗ. Между катодами вентилей основного и дополнительного выпрямительных блоков включены последовательно соединенные дроссель 1. (блок 8) и балластный резистор К (блок 7). Резистор К служит для создания крутопадающих вольт-амперных внешних характеристик дополнительного выпрямительного блока 3, а дроссель 1. (блок 8) - для стабилизации горения дуги в момент перехода напряжения на выходе трансформатора Т 1 через нулевое значение.В качесте регулирующего устройства 6 применяется переменный резистор, включенный в цепи смещения системы управления тиристорами.Обратный вентиль 9 служит для замыкания тока, проходящего через дуговой промежуток в момент перехода напряжения сети через нулевое значение. Этот ток поддерживается за счет энергии, накопленной индуктивностью дросселя 1.1 при протекании через него тока дополнительного выпрями- тельного блока.Пороговые устройства 10 и 11 представляют собой электрические узлы, срабатывание которых происходит при достижении входного напряжения регламентированного (ранее заданного) уровня. При этом с ростом входного напряжения при переходе границы срабатывания на выходе первого порогового устройства 10 сигнал логической единицы скачкообразно меняется на сигнал логического нуля, а на выходе второго порогового устройства 11 - наоборот, т. е. выход блока 10 инверсный, а блока 11 - прямой,Преобразователь 14 уровня представляет собой последовательно соединенные компрессор и пороговое устройство (например, триггер Шмитта). Компрессор может быть выполнен в виде диодного ограничителя напряжения, логарифмического усилителя, системы аналогового вычитания сигналов.Стабилитрон ЪР (фиг. 3) ограничивает входное напряжение на уровне порога его стабилизации. Поэтому при увеличении напряжения на дуге от 0 до номинального значения, напряжение в точке соединения резистора К и стабилитрона ЧР вначале растет до напряжения стабилизации последнего, а затем сохраняется на постоянном уровне. Это напряжение, поступая на вход триггера Шмитта РА, управляет его работой. При этом на выходе последнего формируется сигнал логический единицы при достижении входного напряжения определенного уровня и сигнал логического нуля - при снижении этого напряжения нижеэтого уровня.Логарифмический усилитель получают, используя операционный усилитель с введенным в цепь отрицательной обратной связи нелинейным элементом с логарифмической характеристикой, например полупроводниковым диодом,Преобразователь 14 уровня необходим для согласования напряжения дуги с входными напряжениями логических элементов. Это связано с тем, что напряжение на дуге изменяется в процессе сварки в широких пределах: от напряжения холостого хода источника питания до нуля при коротком за 132478910 мыкании электрода на изделие. А для нормального функционирования логических элементов входной сигнал должен принимать только два уровня - логических нуля и единицы. Поэтому при наличии напряжения на дуге (дуговом промежутке) и значении его, превышающем лриэлектродные падения напряжения, на выходе преобразователя 14 уровня формируется логическая единица, Амплитуда этого сигнала не зависит при этом от величины входного напряжения. При уменьшении входного напряжения ниже указанного значения на выходе преобразователя уровня формируется сигнал логического нуля,Пороговые устройства 10 и 11 построены таким образом, что первое срабатывает при коротком замыкании дугового промежутка (т. е., при токе короткого замыкания дополнительного выпрямительного блока). Второе пороговое устройство 11 срабатывает при превышении минимального значения тока, при котором еще возможно горение дуги, питающейся от дополнительного выпрямительного блока.Выпрямитель работает следующим образом.При подаче на вход трансформатора 1 напряжения сети на выходе дополнительного выпрямительного блока 3, а следовательно, и на дуговом промежутке 4 появляется напряжение, достаточное для возбуждения дуги. Это напряжения поступает на вход преобразователя 4 уровня, на выходе которого при этом формируется сигнал логической единицы. Последний поступает на первый вход второго логического элемента 13. Поскольку дуга еще не горит, по балластному резистору 7 ток не протекает и падение напряжения на нем равно нулю. Напряжение с этого резистора пропорционально току дуги и поступает на входы пороговых устройств 10 и 11. Пока дуговой промежуток 4 не замкнут накоротко, это напряжение близко к нулю и не превышает порога срабатывания устройств 10 и 11. На инверсном выходе устройства 10 зафиксирован сигнал логический единицы, а на прямом выходе порогового устройства 11 - сигнал логического нуля. Этот сигнал, поступая на второй вход второго логического элемента 2 И 13, формирует на его выходе логический нуль, который, будучи подан на второй. вход первого логического элемента 2 И 12 (на первый вход подана логическая единица с инверсного выхода блока 10), формирует на его выходе логический нуль, запрещающий работу блока 5 управления тиристорами. Тиристоры ЧЬ и Ч 52 основного выпрямительного блока 2 заперты. Возбуждение и горение дуги в этот период возможно только от дополнительного выпрямительного блока, имеющего повышенное напряжение холостого хода и крутопадающие внешние вольт-"амперные характеристики. 20 25 30 35 40 45 50 55 Этот процесс осугцествляется по следующей схеме. Если в момент возбуждения дуги произвести замыкание электрода ца изделие, то напряжение на дуге, а соответственно и на выходе преобразователя 14 уровня, будет близким к нулю, что приведет к формированию на выходе элемента 13 логического нуля, запрещающего по второму входу логического элемента 12 работу блока 5 управления тиристорами. Основной выпрямительный блок 2 при этом отключен. Через электрод к изделию протекает ток от дополнительного выпрямительного блока 3, который недостаточен для расплавления электродного или основного металла. Примерзания электрода к изделию не происходит. В момент отрыва электрода от изделия возбуждается дуга, так как напряжение холостого хода дополнительного выпрямитель- ного блока 3 велико.По резистору К (блок 7) течет ток дуги, питающейся от дополнительного выпрями- тельного блока 3. Падение напряжения ца Й достаточно для срабатывания блока 11 и мало для срабатывания блока 10. На выходах этих блоков формируется уровень логической единицы. Логическая единица с выхода блока 10 поступает на первый вход первого элемента 2 И 12, а аналогичный сигнал с выхода блока 11 - на второй вход второго элемента 2 И 13.Поскольку после отрыва электрода от изделия на дуге появляется напряжение - срабатывает преобразователь 14 уровня: на его выходе формируется логическая единица, которая поступает на первый вход второго элемента 2 И 13 и формирует на его выходе логическую единицу, разрешая по первому входу блока 5 его работу. Отпираются тиристоры Ч 51, Ч 52 основного выпрямитель- ного блока. Угол включения этих тиристоров регулируется (устанавливается) регулирующим устройством 6 и определяет мощность, отдаваемую источником литания в дугу. Таким образом, при увеличении тока дуги выше критического значения (ток короткого замыкания) или уменьшения напряжения на ней ниже нормированного уровня (ниже суммы приэлектродных падений напряжения), а также лри обрывах дуги отключается основной выпрямительный блок 2 и дуга питается от дополнительного выпрями- тельного блока 3, повышается стабильность протекания процесса электродуговой сварки.Процесс плавления электродного и основного металлов производится от основного выпрямительного блока 2, построенного на мощных тиристорах ЧЯ 1, Ч 52, рассчитанных на максимальный сварочный ток, Регулируя момент включения тиристоров относительно начала полулериода сетевого напряжения, можно управлять мощностью, отдаваемой в дугу.5Однако при регулировании сварочного тока с помощью тиристоров, включенных по схеме двухполупериодного выпрямителя, появляются моменты времени, когда ток через них, а следовательно, и через дугу не течет. Г орение дуги в таком режиме невозможно. Лля поддержания дугового промежутка в ионизированном состоянии служит дополнительный выпрямительный блок 3, включающийся в работу по поддержанию горения дуги в моменты отключения тока через тиристоры основного выпрями- тельного блока 2. При протекании тока дополнительного выпрямительного блока 3 по цепи: К 1 - 1.1 - дуговой промежуток, дроссель 1.1 запасает энергию. Дроссель выполнен с разомкнутым магнитопроводом для устранения насыщения его магнитопровода постоянным током дуги.В момент прохождения сетевого напряжения через нуль вентили основного 2 и дополнительного 3 выпрямительных блоков запираются. В этот момент энергия, запасенная в дросселе 1.1, питает дугу, поддерживая ее горение, по цепи, образованной обратным вентилем ЧР 1 (блок 9). Учитывая, что для поддержания процесса горения дуги в паузах между импульсами тока основного выпрямительного блока достаточен ток порядка 10 - 15 А, габариты, масса и стоимость части устройства, содержащей дроссель 11, резистор К 1 и диоды ЧР 1 - ИЭЗ относительно малы,Применение предлагаемого сварочного выпрямителя позволяет улучшить условия труда в монтажных условиях за счет повышенной его мобильности из-за малой массы, облегчить процесс сварки, расширить диапазон толщин свариваемых материалов в сторону их уменьшения, улучшить качество сварных соединений за счет стабильного горения дуги, регламентированного переноса электродного металла в сварочную ванну, надежного возбуждения дугового процесса.формула изобретения1. Сварочный выпрямитель, содержащий трансформатор с включенными на его выходе основным и дополнительным выпрями- тельными блоками, причем в одном из выпрямительных блоков применены тиристорные управляемые вентили, блок управления тиристорами с подключенным к нему регулирующим устройством и дроссель, при этом трансформатор и блок управления тиристорами подключены к силовой электрической сети, выход блока управления тиристорами соединен с их управляющими электродами, 10 а выходы основного тиристорного выпрямителя и дросселя подсоединены к дуговому промежутку, отличающийся тем, что, с целью снижения его массы и стоимости и улучшения эксплуатационных характеристик, в конструкцию выпрямителя дополнительно 15 введены балластный резистор, диодный обратный вентиль, два пороговых устройства, преобразователь уровня и два логических элемента 2 И, причем первый вывод балластного резистора соединен с выходом дополнительного выпрямительного блока, а второй - с дросселем, пороговыми устройствами и катодом обратного вентиля, анод которого подключен к дуговому промежутку, к которому подключен также и вход преобразователя уровня, реверсивный выход пер вого порогового устройства соединен с первым входом первого логического элемента 2 И, второй вход которого подключен к выходу второго логического элемента 2 И, а выход - к разрешающему входу блока управления тиристорами, первый вход второго 30 логического элемента подключен к выходупреобразователя уровня, а второй - к выходу второго порогового устройства. 2. Выпрямитель по п. 1, отличающийсятем, что аноды диодов дополнительного 35 выпрямительного блока подсоединены к выводам дополнительных вторичных обмоток трансформатора, вторые выводы которых подключены к соответствующим анодам тиристоров основного выпрямительного блока, 40 а количество витков этих обмоток составляет 10 - 50 Я от количества витков основных вторичных обмоток трансформатора,1324789 и 8.3 ни едактор Н. Тупицааказ 3000/10ВНИИПИ Государстве113035,Производственно-пол Составитель В. Пучинс Техред И. Верее Тираж 974ного комитета СССР по деламосква, Ж - 35, Раушская нрафическое предприятие, г. У Корректор С. ЧерниПодписноеизобретений и открытийб., д. 4/5жгород, ул. Проектная, 4