Сварочный выпрямитель

ОЮЭ СОВЕТСНИХ ОЦИДЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1)4 В 23 К РЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬС У ТОР СНОМ 29.И. Горлов,Рывкин, О.М но-исследо онструкторс ститут элек и о- ад ания и Ленин им. Н.М. Шв ерниГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ И(71) Всесоюзный наутельский, проектнои технологический исварочного оборудов кий завод "Электрик(56) Заявка Японии М 52-100347, кл. 12 В 112, опублик. 1977.Авторское свидетельство СССР В 738798, кл. В 23 К 9/10, 1977. (54)(57) 1. СВАРОЧНЬЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные силовой трансформатор и тиристорный блок, к одному выходу которого подключен дроссель, а к другомувыходу - датчик тока, выход которого .подключен к одному входу блока сравнения и к выходу датчика напряжения, другой вход блока сравнения соединен с блоком задания, выход блока сравнения соединен через блоки формирования импульсов управления с входом тиристорного блока, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соедине. ния за счет улучшения возбуждения и горения сварочной дуги в различных пространственных положениях, в него введены последовательно соединенные регистратор сварочного тока и блок ограничения обратной связи по напряжению, при этом вход регистратора сварочного тока подключен к датчи- ку тока, выход регистратора сварочного тока соединен с выходом блока сравнения, а выход блока ограничения обратной связи по напряжению соединен с датчиком напряжения.2. Выпрямитель по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок ограничения обратной связи по напряжению выполнен на двух параллельно соединенных цепочках, состоящих каждая из резистора, зашунтированного диодом, катод которого соединен с выводом резистора и затвором полевого транзистора, конденсатор включен между эатворои и истоком полевого транзистора, сток которого соединен с катодом стабилитрона, анод которого соединен с выходом блока, а анод диода соединен с входом блока.Изобретение относится к электродуговой сварке плавящимся электродом на постоянном токе.и может бытьиспользовано в тиристорных сварочных.выпрямителях для механизированной 5сварки в среде углекислого газа.Цель изобретения " повышение качества сварного соединения за счетулучшения возбуждения и горения сварочной дуги в различных пространственных положениях.На фиг,представлена блок-схемавыпрямителя; на Фиг.2 - диаграммыизменения напряжения на элементахвыпрямителя,Выпрямитель содержит силовойтрансформатор 1, тиристорный выпрямительный (ТВ) блок 2, дроссель 3,сварочной цепи, шунт 4, блок 5 Формирования импульсов управления (ФИ), 20блок А 1 сравнения, регистратор А 2 сва"рочного тока.Блок сравнения, входящий в блокуправления, и регистратор сварочноготока выполнены на операционных усилителях. На прямой вход (плюсовой)А 1 подается регулируемое напряжениезадания - Ч А (с резистора К 1) наинверсный (минусовый) - напряженияотрицательных обратных связей по то- З 0ку (через сглаживающий фильтр КСт 1)и по напряжению (через сглаживающийфильтр КС К ). С выхода блока А 12сравнения напряжение управления поступает через фильтр К СКт. на блок З 5ФИ,.сформированные им импульсы подаются далее на управляющие электроды выпрямительного ТВ блока. ЦепочкаЧЯ 1, ЧЯ (встречно включенные стабилитроны) служит для повышения быстродействия во время переходных процессов. Благодаря совместному действию обратных связей по току и напряжению Формируются.пологопадающиевнешние характеристики. А 2 выполняет 45роль регистра сварочного тока и используется для управления блокомограничения действия обратной связипо напряжению ООС - Ч. На прямой(плюсовый) вход компаратора А 2 поступает постоянное пороговое напряжение, эквивалентное минимальномузначению тока, сварочной цепи (поряд-.ка 7 А), а на инверсный,(минусовый)вход с шунта 4.падается напряжение 55сигнала, пропорциональное реальнойвеличине сварочного тока. С выходакомпаратора А 2 через вспомогательный,ограничитель К, Я 1, ЧЯ 4 снимается напряжение управления схемой ограни чения действия ООС - Ч, которое через времязадающие цепочки К, ЧО 6, С "т и К 10, ЧЯ 6, С 5 управляют проводимостью полевых транзисторов Ч Т 1 и Ч Т 2.Ограничение действия отрицательной обратной связи по напряжению достигается путем ограничения величины сигнала отрицательной обратной связи (ООС - Ч), который выделяется на конденсаторе С 2 фильтра К 4 С 2 К 5. Ограничение осуществляют два управляемых ограничителя (К 11, ЧЯ 7, Ч Т 1 и К 11, В 8, Ч Т 2), которые включены параллельно, но работают последовательно (во времени) один с другим и имеют различные динамические, т.е. изменяемые по величине и по времени, пороги, полученные в результате использования в качестве нелинейных элементов соответствующих стабилитронов с последовательно включенными полевыми транзисторами, выполняющими роль управляемых переменных резисторов (фиг.1 и 2). Для повышения быстродействия ограничители совмещены с Фильтром К 4 С 2 К 5 так, что резистор Фильтра К 4 является одновременно и балластным резистором обоих ограничителей. Цепочки ЧЯ 7, Ч Т 1, и ЧЯ 8, Ч Т 2, Формирующие динамические пороги ограничителей, подключены параллельно конденсатору С 2. Стабилитроны Ч 07 и ЧЯЯ.имеют разные напряжения стабилизации, причем напряжение стабилизации стабилитрона ЧЯ 7 меньше, чем у ЧС 8, т.е. Читав. фР%таеЧЧСопротивление полевых транзисто-, ров ЧТ 1 и ЧТ 2 может меняться в широких пределах (от КФ 100 Ом до К цпс 10 ИОм) в зависимости от напряжения ца их затворах. Каждый полевой транзистор через соответствующий стабилитрон (ЧЯ) и резистор К 4 присоединен к выходу сварочного выпрямителя. Следовательно, при изменении его сопротивления (Кг) изменяет снимаемое с него напряжение (Чт) и величина динамического порога, который равен сумме этого напряжения соответствующего стабилитрона (Чтт Чю + Чстс,ь)Каждый полевой транзистор полностью открыт и сопротивление его мало, напряжение на транзисторе Ч, - О. В результатеЧтнапряжение порога ограничителя рав,цо своему наименьшему зцачецию напряжению стабилизации стабилцтрон Ч = Чс, ь . Ослабление ограничителем сигнала ООС - Ч ца конденсаторе С 2 (Ч ) максимально, что вызываетспредельное увеличение угла открытия тиристорон и, соответственно, наибольшее возрастание режима работы выпрямителя, При увеличении сопротивления полевого транзистора увеличи 10 вается и падение напряжения на нем,вызывая увеличение величины порога.Степень ограничения сигнала ООС-Чпри этом падает, приращение режимауменьшается. Когда полевой транзистор полностью закрыт и его сопротивление очень велико, напряжение порога ограничителя равно своему наибольшему значению. Это значит, чтоограничение отсутствует, ограничитель 20находится в стационарном режиме.Таким образом, с помощью полевыхтранзисторов Ч Т и Ч Т 2 осуществляется управление процессом ограничения ООС-Ч на конденсаторе С 2 25Фильтра К 4 С 2 К 5. Цепочки ЧЦ 7, Ч Ти ЧЦ 8, Ч Т 8, Формирующие динамическипороги, подключены к конденсатору С 2параллельно, следовательно на немвсегда устанавливается напряжение,равное меньшему из этих двух порогов,Изменение величин динамических порогов Ч и Чп во времени задает компаратор А 2, воздействуя на сопротивление полевых транзисторов Ч Т 1 и.35Ч Т 2 через времязадающие цепочкиК 9, ЧЯ 5, С 4 и К 10, Ч(6, С 5. Постоянные времени заряда этих цепочек малы(из-за диодов ЧЯ 5 и ЧЦ 6), а постоян-.ные времени разряда велики и притом 40различны (Тр,)Т, ),Схема работает следующим образом, В исходном состоянии (на холостом ходу выпрямителя) компаратор А 2 находится в состоянии "Выключено", при 45 этом на его выходе - отрицательное напряжение, Поэтому полевые транзисторы Ч Т 1 и Ч Т 2 полностью открыты, их сопротивления малы. В результате напряжение сигнала ООС-Ч на конден саторе С 2 ограничено на наименьшем уровне - на уровне напряжения стабилизации стабилитроца ЧЦ 7. Стабилитрон ЧЧ 8 находится в закрытом состоянии, так как это напряжение приложе но и к нему, а оцо меньше, чем его напряжение стабилизации. Ограничен- ный сигнал ООС-Ч через резистор К 5поступает на ицверсный вход сравнивающего устройства. Уменьшение сигна ла ООС-Ч при неизменном напряжении задания приводит через А 1, ФИ и ТВ к изменению режима работы выпрямителя, Угол открытия тиристоров увеличивается, напряжение холостого хода сварочного выпрямителя возрастает, и при этом до своего максимального значения (Ч, ) так как в этом слума Гс чае стабилитроцу с меньшим напряжением стабилизации соответствует больыее напряжение холостого хода. Из-за действия ограничителя обратной связи ООС-Ч это увеличение напряжения холостого хода не вызывает изменения напряжения на конденсаторе фильтра С 2.Таким образом, в исходном состоянии на выходе снарочного выпрямителя устананливается максимальное напряжеФ ние холостого хода, которое необходимо для обеспечения надежности первоначального возбуждения дуги.На Фиг.2 приведен график работыограничителя действия обратной связи ,ООС-Ч. Процесс возбуждения дуги начинается с короткого замыкания эЛектродной проволоки на изделие. В этот момент в сварочной цепи начинает протекать значительный ток, обусловленный высоким напряжением холостогс хода выпрямителя. Компаратор А 2 срабатывает (на его выходе появляется положительное напряжение) и закрывает с малой задержкой во времени (череэ диоды ЧЯ 5 и ЧЯ 6) полевые транзисторы Ч Т 1 и Ч Т 2, вызывая увеличение их сопротивлений. Нунтиующее действие цепочки ЧЯ 7, Ч Т 1 а конденсаторе С 2 прекращается и оба ограничителя оказываются выключенными. Во время короткого замыкания электрод - изделие конденсатОр С 2 через резистор К 4 и короткозамкнутый выход выпрямителя начинает разряжаться, вызывая дополнительное увеличение тока короткого замыкания, несмотря на возрастание сопротивления вылета электрода. Для уменьшения влияния отрицательной обратной связи по току на величину тока короткого замыкания постоянная времени цепочки Р 2, С 1, РЗ выбрана достаточно большой по сравнению со временем зажигания. Под действием тока электродная проволока расплавляется и образуется дуговой промежуток, н которомнапряжения холостого хода после цре 1 О.рывация процесса цужца лля предотнра 15 20 25 30 35 40 45 ся55 возбуждается дуга. В момент возбуждения последней из-за резкого уменьшения ггагрузки скачком возрастает напряжение на выходе выпрямителя. Цепочка КЯ, С 4 обеспечивает еще некоторое время (3-6 мс) шуцтирующее действие Ч( 7, Ч Т 1 ца конденсатор Г 2.При этом незначительно изменившееся напряжение на С 2 н сочетании с напряжением задания обеспечивают напряжение ца выходе выпрямителя 25-30 В, создавая дополнительные благоприятные условия для поддержания горения возбудившейся дуги. В дальнейгггем действие отрицательной обратной связи и схемы управления обеспечивают быстрое усгацовлецие стационарного режима и необходимых для сварки внешних характеристик выйрямителя.Быстродействие системы управления обусловлено небольшой постоянной времени фильтра К 4 С 2 К 5, что позволяет быстро реагировать на изменение выходного напряжения сварочного выпрямителя, а также применением фильтра К 6 С 3 К 7 со значительной постоянной времени и ускоряющей цепочкой Ч 0 1, И 8. Такой фильтр обеспечивает необходимую фильтрацию сигнала управления, а цепочка ЧЯ 1 ЧЯ 2 - его быстродействие при больших рассогласованиях напряжения на выходе сравнивающего устройства Л 1. .Для этих же целей в схему введена цепочка УО 9, К 11, подающая положительное постоянное напряжение на К 7 (после срабатывания компаратора).Это напряжение в сумме с напряжением на СЗ обеспечивает быстрое установле ние напряжения управления.При сварке длинными швами в нижнем положении нет обрыва дуги, поэто му компаратор А 2 нсе это время находится во включенном состоянии, обе печивая отключение цепочек ЧЯ 7, Ч Т 1 и ЧЦ 8, У Т 2 от конденсатора С 2 При сварке короткими швами в нижнем положении и при сварке н вертикальном положении имеют место кратковременные обрывы дуги. Для стабиль ного повторного возбуждения и горени дуги необходимо обеспечить с некоторой задержкой плавное нарастание напряжения холостого хода выпрямителя, что н свою очередь, приводитунеличецию лика тока при зажигании помере остынацня .лектрода. Б этом случае максимальное значение цапряже ция холостого хода должно бытг мецьггге, чем при первоначальном ноэбужде(Чу Чг )Некоторая задержка в нарастации щения образования большой капли ца конце электрода и обеспечения повторного возбуждения дуги.Выполнение указан .ых задач достигается введением управляемого планцого нарастания степеци ограничения действия отрицательной обратной связи по напряжению, но и меньших пределах, чем при первоначальном возбуждении дуги.Пгганно нарастающее ограничение осуществляется ограничителем К 4, ЧЯ 8, Ч Т 2, который управляется компаратором А 2 через нремяэадаюшую цепочку К 10, ЧЯ 6, С 5. При обрыве дуги сварочный ток прекращается и компаратор Л 2 выключается. Поэтому конденсаторы С 4 и С 5 цачицают разряжаться через резисторы К 9 и К 10,Постоянная времени разряда цепочки К 10, С 5 (Т 2) ныбраца существенно меньше. постоянной времени цепочки К 9, С 4 (Т 1), следовательно конденсатор С 5 разряжается значительно быстрее. Задержка начала работы ограничителя К 4, ЧЦ 8, Ч Т 2 - Ь 1: д создается за счет превышения исходного напряжения на конденсаторе С 5 над напряжением отсечки полевого транзистора Ч Т 2 (Чг,) Ч ).Через время, равное времени задержки (15-20 мс), Чг снижается до уровня Ч , и толькотогда по мере дальнейшего разряда конденсатора С 2 начинает плавно уменьшаться сопротивление полевого транзистора Ч Т 2. Соответственно на,чицает плавно уменьшаться напряжение сигнала ООС-Ч на конденсаторе С 2 фильтра К 4 С 2 К 5. Это, н свою очередь вызывает плавное нарастание напряжения холостого хода выпрямителя, которое продолжается до тех пор, пока конденсатор С 5 не разрядится до нуля1171ном Ч 0 8 на уровне его напряже ния стабилизации, так как напряжение ста билизации стабилитрона ЧЦ 8 больше, чем стабилитрона.Ч 7, то установившееся значение Чхх 7 мОхс несколько 5 меньше, чем Чхх АмсксБлагодаря ограничивающему действию стабилитьона Ч( 8, это превышение напряжения холостого хода выпрямителя по сравнению с рабочим (сва рочным) его значением не приводит к изменению напряжения на конденсаторе С 2 фильтра К 4 С 2 К 5, что обеспечивает быстрое окончание переходных процессов при установлении сварочного процесса.Если режим холостого хода длителен, то начинает сказываться разряд конденсатора С 4 времязадающей цепочки К 9, Ч( 5, С 4. По мере его разряда 20 плавно уменьшается сопротивление полевого транзистора Ч Т 1. Снова начи-/ нает уменьшаться напряжение сигнала 245 8ООС-Ч на конденсаторе С 2 фильтраК 4 С 2 К 5. Одновременно начинаетсядальнейший плавный рост напряженияхолостого хода выпрямителя.Нарастание Чх продолжается дотех пор, пока конденсатор СЗ не разрядится до нуля (за й = 0,4-0,5 с),Полевой транзистор Ч Т 1.полностьюоткрывается, его сопротивление мало.Напряжение сигнала ООС-Ч на конденсаторе С 2 фильтра К 4 С 2 К 5 ограничивается стабилитроном ЧЯ 7 на уровнеего напряжения стабилизации, Этоприводит к установлению на выходесварочного выпрямителя наибольшегозначения напряжения холостого хода(ХХт , ХХ ,Технический эффект состоит в , улучшении зажигания дуги при сварке электродной проволокой в среде угле.кислого газа во всех пространственных положениях.1171245 оставитель Г.Чайковский ехред М.Пароцаи Корректор В Синицк актор В.Бланар аэ 47 ктная, 4 ал ППП "Патент", г, Ужго Фы АЯ 14 Тираж 1 ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москв86ственного ко бретений и оЖ, Раув Подписноитета СССРкрытийкая наб д.