Регулятор сварочного тока

(71) Ленинградский электротехнический институт им, В.И, Ульянова (Ленина)(56) 1, Авторское свидетельство СССРЛЬ 1296337, кл, В 23 К 9/00, 1985,(54) РЕГУЛЯТОР СВАРОЧНОГО ТОКА(57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для сварки плавлением на постоянном .токе в автоматизированном электросварочном производстве.Цель изобретения - повышение качествасварных соединений за счет обеспечениястабильности сварочного процесса. Регулятор содержит источник постоянного тока,положительный вывод которого соединен сположительным выводом автономного инотносится к сварке, предарки плавлением на постожет быть использованонном электросварочно обретение ено для св токе и мо атизирова водстве,назн янно авто прои изким к предлагаемому явсварочного тока, содержаОстоянного тока, положиоторого соединен с положим автономного инвертора еменного тока которого четор и реактор подсоединеременного тока первого онденсатор и последовл ные инвертор напряжения Наиболее бл ляется регулятор щий источник и тельный вывод к тельным выводо тока, выводы пер рез трансформа ны к входу пе выпрямителя, к тельно соединен вертора тока, Выводы переменного тока последнего соединены с первым трансформатором, который через реактор подключен к первому выпрямителю. Отрицательный вывод источника постоянного тока соединЕн с отрицательным выводом инвертора напряжения. Отрицательный вывод инвертора тока соединен с положительным выводом инвертора напряжения, выводы переменного тока которого соединены через второй трансформатор с вторым выпрямителем. Одноимен н ые вы воды выпрямителей объединены и соединены с выводами регулятора, к которым подключена сварочная нагрузка, Первый выпрямитель выполнен на тиристорах, изменение угла регулирования которых позволяет менять крутизну нагрузочной кривой регулятора, В конечном счете это дает возможность обеспечить высокую стабильность процесса сварки. 2 ил. второй трансформатор и второй выпрямитель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регулятора и с отрицательным выходом первого выпрямителя, положительный выход которого соединен с вторым выходом регулятора и с положительным выходом второго выпрямителя. отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения. положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока 1.Недостатком известного регулятора является недостаточная стабильность свароч 1731504ного процесса. что ухудшает качество сварн ых соединений.Целью изобретения является повышение качества сварных соединений за счет обеспечения стабильности сварочного процесса,Поставленная цель достигается тем, что регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянноо тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через первый трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпрямителя, конденсатор и последовательно соединенные инвертор напряжения, второй трансформатор и второй вы прям ител ь. п ри это отрицательный выход последнего соединен с первым выводом регулятора и с отрицательным выходом первого выпрями. теля, положительный выход которого соединен с вторым выходом регулятора и с положительным выходом второго выпрямителя, отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения. положительныи вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока, снабжен первым выпрямителем. который выполнен на тиристорах и содержит дополнительно введенные первые делители напряжения из последовательно соединенных диодов. транзистора и резистора и вторые делители напряжения из последовательно соединенных стабилитрона и диода, при этом каждый первый делитель соединен параллельно тиристорам первого выпрямителя, при этом анод диода соединен с анодом тиристора. катод диода соединен с коллектором трэнзистора, эмиттер которого соединен с пер. вым выводом резистора. втооой вывод которого соединен с катодом тиристора при этом обьединенные выводы эмиттера транзистора и резистора соединены с выводом управляющего электрода тиристора. а каждый второй делитель напряжения соединен параллельно транзисторам первых делителей, при этом анод стабилитрона соединен с коллектором транзистора, анод диода соединен с эмиттером транзистора а объединенные катоды стабилитрона и диода соединены с выводом базы транзистора,Предлагаемый регулятор сварочного тока имеет высокую стабильность сварочного процесса, Это достигается путем выполне. ния первого выпрямителя регулятора сварочного тока содержащего регулирующий автономный инвертоо тока, инвертор на. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пряжения, два трансформатора и два выпрямителя, которые работают параллельно на сварочную нагрузку, на тиристорах и дополнительного введения в состав его первых делителей напряжения из последовательно соединенных диода, транзистора и резистора, при этом каждый делитель соединен параллельно тиристорам, и вторых делителей напряжения из последовательно соединенных стэбилитрона и диода, включенных параллельно транзистору. Тиристоры первого выпрямителя работают поочередно и начинают проводить ток после достижения мгновенного значения напряжения на стабилитрона, равном напряжению стабилизации, так как в этот момент каждого полупериода через стабилитрон начинает проходить ток, Ток стабилитрона усиливается транзистором и через эмиттер и управляющий электрод тиристора обеспечивает включение тиристора, При значениях напряжения стабилизации, близких к половине ампли 1 уды напряжения на вторичной обмотке первого трансформатора, включение тиристора будет происходит с углом регулирования не менее 30, Фазовый сдвиг тока первого выпрямителя при всех значениях реактивного сопротивления реактора второго выпрямителя будет больше ЗОО, Так как входное сопротивление инвертора тока при изменении загрузки изменяется в большее число раз при активно-индуктивной загрузке, чем при чисто активной загрузке, то стабилизация сварочного тока будет обеспечиваться с большей точностью. Высокая точность поддержания тока позволяет обеспечить стабильность сварочного процесса.На фиг. 1 представлена электрическая схема регулятора сварочного тока: на фиг, 2 - нагрузочная характеристика регулятора,Регулятор содержит источник 1 пост)- янного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом постоянного тока инвертором 2 тока, Выводы переменного тока инвертора 2 тока подключены к первичной обмотке трансформатора 3, К вторичной обмотке трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпрямитель 5. Положительный вывод инвертора б напряжения подключен к отрицательному выводу инвертора 2 тока, К объединенным выводам инвертора напряжения и инвертора тока подключен конденсатор 7, Выводы переменного тока инвертора 6 напряжения соединены с первичной обмоткой второго трансформатора 8, вторичная обмотка которого соединена с входными выводами переменного тока второго выпрямителя 9.Отрицательный вывод инвертора б напряжения соединен с отрицательным выводом источника 1 постоянного тока и выводом конденсатора 7.Положительный вывод выпрямителя 5 соединен с положительным выводом второго выпрямителя 9 и подключен к первому выводу регулятора 10. Отрицательный вывод выпрямителя 5 соединен с отрицательным выводом второго выпрямителя 9 и подключен к второму выводу регулятора 11 К выводам регуляторов 10 и 11 подключена сварочная нагрузка 12. Параллельно тиристорам 13 подключены первые делители напряжения из диода 14, транзистора 15 и резистора 16, Параллельно транзистору 15 подключен делитель напряжения из стабилитрона 17 и диода 18.На фиг. 2 приведены: 19 - зависимость напряжения на сварочной нагрузке от тока нагрузки; 20 - напряжение на выводах регулятора в режимах. в которых ток выпрямителя 5 равен нулю; 21 - напряжение на выводах регулятора в режимах с малыми значениями фазового угла выпрямителя 5: 22 - напряжение на выводах регулятора в режимах с большими значениями фазового угла выпрямителя 5,Регулятор сварочного тока работает следующим образом,В режиме холостого хода инвертор 2 тока и инвертор 6 напряжения имеют различные входные сопротивления. Входное сопротивление инвертора 2 тока имеет ма. лое значение. Оно определяется уравнени емКит = аХ (Хс /Йп+ Йл),2где Х - реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора инвертора тока,Кп - сопротивление, определяемое потерями в конденсаторе и трансформаторе:а - коэффициент. определяемый схемои инвертора,При Рп- сопротивление инвертора тока равно О. Сопротивление инвертора 6 напряжения имеет большое значение. Оно определяется большим сопротивлением по. терь холостого хода. В этом режиме напряжение источника 1 питания практически полностью приложено к инвертору 6 напряжения, Напряжение на сварочной нагрузке 12 в этом режиме определяется коэффициентом трансформации второго трансформатора 8 и значением напряжения источника 1. При появлении нагрузочного тока ( в цепи сварочной нагрузки 12 увеличивается ток в цепи постоянного тока инвертора 6 напряжения и инвертора 2 тока (фиг, 2. кривая 20) С уменьшением сопротивления сварочной нагрузки и увеличением токад увеличивается падение напряжения на входном сопротивлении йи инвертора 2 тока и увеличивается напряжение на трансформа торе 3 и выпрямителе 5. При критическомзначении сопротивления сварочной нагрузки напряжение на выпрямителе 5 будет равно напряжению на выпрямителе 9, В зависимости от значения угла регулирова ния вентилей выпрямителя 5 это равенствобудет достигаться при различных значениях тока нагрузки. Если угол регулирования близок к нулевому значению, переход с прямой 20 на кривую 21 будет происходить при 15 меньшем значении тока, При отличных отнуля углах регулирования выпрямителя 5 переход с прямой 20 на кривую 22 будет происходить при более высоких значениях тока нагрузки. Нагрузочная кривая 22 отли чается от кривой 21 большей крутизной врабочей точке. где кривые 21 и 22 пересекаются с прямой 19 напряжения на дуге.Высокая крутизна нагрузочной характеристики достигается за счет увеличения фа зового сдвига тока инвертора 2 тока,который определяются режимом работы выпрямителя 5 и описывается уравнениемгр =гс+)//230где р - угол сдвига между током выпрямителя 5 и напряжением на выходе инвертора2 тока;а - угол регулирования тиристоров вы прямителя 5:у - угол коммутации тиристоров выпрямителя 5,От угла сдвига р зависит значениевходного сопротивления инвертора тока 40К 1 ди 1- -=В Х2 Об 1 ю гл С5 х соя р ( ( -)1 ),где 1 и - входной ток инвертора тока;Оди. - напряжение на входе инверторатока;К - схемный коэффициент;п - коэффициент трансформации трансФорматораВ - загрузка инвертора;1/вс - реактивное сопротивление конденсатора инвертора,Для случая активной нагрузки инвертора д- .О) и изменения загрузки от В = 0,05 "до В = 1 входное сопротивление изменяетсяв 10 раз, При р-. 45" и таком же изменениизагрузки входное сопротивление изменяется в 32 раза. Более глубокое изменение знацений сопротивления регулирующего инвертора 2 тока при малом увеличении тока в сварочной нагрузке 12 обеспечивает 5 высокую крутизну нагрузочной характеристики предлагаемого устройства (фиг, 2, кривая 22) по сравнению с нагрузочной характеристикойй прототипа (кривая 21) в рабочей точке (точка пересечения линий 19. 21 и 10 22).Следовательно, выполнение выпрямителя 5 на тиристорах 13 и дополнительное введение дели 1 елей напряжения из диода 14, транзистора 15. резистора 16, стабилит рона 17, диода 18 обеспечивает дополнительный фазовый сдвиг и высокую стабильность сварочного процесса. Диод 14 служит для отключения делителей при отрицательном напряжении на тиристорах 13, 20 Диоды 18 и 14 закорачивают транзисторы 15 при отрицательной полуволне напряже. ния на тиристорах 13. При использовании стабилитронов 17 высокой точности и усилителей на транзисторах 15 достигается по стоянное значение угла регулирования гт и высокое значение угла р, Предлагаемое устройство работает в широком диапазоне частот переклюцения тиристоров инвертора 2 и выпрямителя 5, Обеспецивается высокая 30 крутизна нагрузочной характеристики 22 на малых частотах. при которых угол коммутации у имеет малое значение. Экспериментальная проверка показа ла, что применение предлагаемого регулятора сварочного тока позволяет увелицить крутизну нагрузочной характеристики в широком диапазоне рабочих частот регулятора от 0,4 до 1.5 к Гц. Высокие значения крутиз ны нагрузочных характеристик обеспечивают высокую стабильность процесса сварки и высокое качество сварных соединений,.Формула изобретения Регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через первый трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпрямителя, выполненного на двух полупроводниковых вентилях, систему управления, конденсатор и последовательно соединенные инвертор напряжения, второй трансформатор и второй выпрямитель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регулятора и с отрицательным выходом первого выпрямителя. положительный выход которого соединен с вторым выходом регулятора и положительным выходом второго выпрямителя. отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с первой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения, положительный вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока, о тл и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью повышения качества сварных соединений, каждый из полупроводниковых вентилей выполнен в виде тиристора со схемой управления, причем каждая из схем управления снабжена двумя диодами, стабилитроном, резистором и транзистором, змиттер которого соединен с первым выводом резистора и управляющим электродом тиристора, анод которого соединен с анодом первого диода, а его катод соединен с катодом стабилитрона и коллектором транзистора, база которого соединена с анодом стабилитрона и катодом второго диода. анод которого соединен с первым выводом резистора, а второй вывод последнего соединен с катодом тиристора.1731504 фиг 2 Ты Составитель Г Бенедиктов Техред М.Моргентал Корректор Д.Сыч С,Пека Ре Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул,Гагарина, 101 акээ 1542 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по и113035, Москва.Ж 35 Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРушская наб., 4/5