Источник питания сварочной дуги

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1191 (11) 5 1 ) 4 г,АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ Бюл. У 32виационный инсти кидзев, В.В.Шеломенцев р. Сварочный истоока с аналоговымавлением;, Переводхэнъацуки, 1979,ство ССС 7/08, 19 СВАРОЧНО бласти сит менно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Яматэ Н. и дник постоянного ттранзисторным упрГ. - ОсакиУ 39.Авторское свидетельВ 1210635, кл. Н 02 М(57) Изобретение относварочного производства источникам питания, и может найтиприменение в машиностроительной,приборостроительной и других отраслях промьппленности. Изобретение позволяет повысить качество сварногосоединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока.Для этого в чсточнике, содержащемнеуправляемый выпрямитель, трансформатор, инверторный мост, управляемыйвыпрямитель и т.д., трансформаторвыполнен с дополнительной вторичнойобмоткой подмагничивания со схемойуправления, что позволяет регулировать ток в более пщроком диапазоне.При этом можно отключать управляемыйвыпрямитель при превышении значениявыходного тока, 4 ил.133 Изобретение относится к сварочномупроизводству и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышленности.Целью изобретения является повышение качества, сварного соединения засчет расширения диапазона регулирования сварочного тока.На фиг.1 приведена схема источника питания сварочной дуги; на фиг.2выходная вольтамперная характеристика; на фиг.3 - диаграммы, поясняющиепринцип работы источника; на Фиг.4регулировочные характеристики.Источник содержит инверторныймост 1, плюсом подключенный к конденсатору 2 фильтра и через дроссель 3к плюсу входного выпрямителя 4,который минусом подключен к второму концу конденсатора 2 фильтра и черезпервичную обмотку 5 трансформатора кминусу инверторного моста 1. Трансформатор выполнен из двух двухстержневых магнитопроводов 6 и 7, причемпервичная 5 и отсекающая 8 обмоткитрансформатора охватывают один стержень каждого из двух двухстержневыхмагнитопроводов 6 и 7, при этом вторичная обмотка 9, охватывающая магнитопровод 6, через анод тиристора 1 Ои вторичная обмотка 11, охватывающаямагнитопровод 7, через анод диода 12подключены параллельно нагрузке 13,которая зашунтирована диодом 14. Генератор 15 управления первым управляющим выходом подключен к тиристорам инверторного моста 1, а вторымуправляющим выходом через компаратор16 и формирователь 17 импульсовуправления - к управляющему электроду тиристора 10. Обмотка 18 подмагничивания расположена на магнитопроводе 7 и подключена через усилитель19 и интегратор 20 к второму входукомпаратора 16, а через сумматор 21к задатчику 22 управляющего напряжения. Отсекающая обмотка 8 трансформатора подключена параллельно конденсатору 2 фильтра через управляемый выпрямитель 23, которыйуправляющим входом подключен через Формирователь 24 импульсовуправления, компаратор 25 и интегратор 26 к датчику 27 тока нагрузки. Задатчик 28 опорного напряжения подключен к второму входу компаратора 25,3495 2 Источник работает следующим образом.Преобразователь частоты, содержащий инверторный мост 1 входнойфильтр, состоящий из конденсатора 2и дросселя 3, и входной выпрямитель4, вырабатывает ток требуемой частоты, который преобразуется в выходном10 трансформаторе и запитывает нагрузку13, зашунтированную диодом 14, исключающим выбросы напряжения за счетнакопленной энергии в индуктивностисоединительной линии. Для обеспече 15 ния нормальных условий работы преобразователя частоты напряжение напервичной обмотке 5 трансформаторане должно превышать определенной величины и ограничивается пороговым20 устройством, состоящим из отсекающейобмотки 8 трансформатора, которая через управляемый выпрямитель 23 подключена параллельно конденсатору 2фильтра.25 Пороговое устройство работаетследующим образом,При изменении величины нагрузкиили фазового. угла управления выходным тиристором 10 происходит измене 30 ние напряжения на первичной обмотке5 трансформатора, которое может достигать величины напряжения на коммутирующей индуктивности и превышает значение напряжения на конденсаторе 2 фильтра. Задавая значениекоэффициента трансформации для отсекающей обмотки 8, можно ограничивать значение напряжения на первичной обмотке 5 замыканием части или40 всего контурного тока инверторногомоста 1 отсекающей обмоткой 8 и выпрямителем 23 через конденсатор 2фильтра. Устойчивая работа инвертора в режимах работы от короткого45 замыкания до холостого хода осуществляется при значении коэффициентатрансформации не ниже 1,3, что приводит к отсеканию части амплитудывыходного тока (фиг.2, график 1) в50 режимах работы от номинального значения до короткого замыкания и, какследствие, понижению максимальнойвеличины выходного тока,а также КПД,При отключении управляющего выпрямителя 23 в режимах работы от короткого замыкания до номинального значения не происходит ухудшения условийработы инверторного моста 1, а также расширяется диапазон рабочих токов(фиг.2, график 2), который должен удовлетворять условию - при ЗООА на нагрузке напряжение должно быть не ,менее 40 В (фиг.2, график 3).Регулирование тока в нагрузке осуществляется тиристором 10, который открывается с фаэовой задержкой относительно тиристоров инверторного моста 1. При изменении фазовой за держки от О до 180 эл.град. выходной ток изменяется в диапазоне от 1 до 0,3 номинального значения. Когда тиристор 10 отключен, выходная характеристика трансформатора соответст вует графику 4 на фиг.2. Вследствие того, что основной поток замыкается через сердечник магнитопровода б, так как встречный поток в сердечнике магнитопровода 7, образованный при 20 протекании тока в обмотке 11, вытесняет основной поток, происходит понижение его магнитной проницаемости. В случае принудительного намагничивания обмоткой 18 выходная характеристика трансформатора при отключении тиристора 10 принимает вид, показанный на Фиг.2, график 5. Следовательно, при изменении насьпценности и фазового угла управления тиристором 10 30 выходной ток регулируется от 8 до 500 А.Процесс регулирования осуществляется следующим образом. При фиксированном значении напряжения с задат- З 5 чика 22, которое подается через сумматор 21 на второй вход компаратора 16 (фиг.За, график 1), на первый вход которого подается пилообразное напряжение (фиг.За, график 2) с вто рого выхода генератора 15, по переднему фронту импульса выходного напряжения с компаратора 16 (фиг,Зб) через формирователь 1 импульсов осуществляется включение тиристора 45 1 О, где задний фронт импульса совпадает по времени с включением тиристоров инверторного моста 1. Кроме того, напряжение с выхода сумматора 21 через интегратор 20 и усилитель 50 19 определяет уровень насыщения сердечника магнитопровода 7. При уменьшении напряжения задания происходит уменьшение задержки фазового угла тиристора О и уменьшение насыщения сердечника магнитопровода 7, что вызывает увеличение выходного тока при некотором постоянстве скважности выходных импульсов. Изменяя величину постоянной интегрирования и коэФФп/циент усиления интегратора 20, можно осущесТвлять основное регулирование обмоткой подмагничивания, что позволяет реализовать минимальный фазовый угол при заданном значении выходного тока и повысить надежность работы тиристора 10, так как при малых углах регулирования соотношение Ы; М через тиристор минимально. В случае быстротечных процессов изменения нагрузки происходят обработка фазового управления и с некоторой задержкой изменение насьпцения сердечника трансформатора, следовательно, улучшается динамика переходного процесса с применением насыщакщихся элементов.Наличие интегратора 26 в цепи обратной связи позволяет испольэовать стандартный измерительный шунт, который измеряет велччику тока нагрузки 13 и полезный сигнал ниже уровня помехи которая обусловлена его собственной индуктивностью. Интегратор 26, компенсируя помеху, выделяет среднее значение проходящего импульсного выходного тока в течение нескольких периодов и осуществляет коррекцию через сумматор 2 напряжения задания. Коррекция сигнала задания осуществляет автоматическое перераспределение между фазовым регулированием и регулированием насыщения сердечника трансформатора, которое обеспечивает уменьшение фазового угла включения тиристора 10. Кроме того, выходной сигнал с интегратора 26 через компаратор 25 и формирователь 24 определяет включенное и выключенное состояния выпрямителя 23, Задавая значение опорного напряжения с блока 28 на второй вход компаратора 25, можно отключить выпрямитель 23 при превышении значения выходного тока и тем самым расширить диапазон получаемых токов.Когда не требуется такой широкий диапазон регулирования выходного тока, можно, изменяя соотношение сечений магнитопроводов 6 и 7, изменить токи, формируемые в обмотках 9 и 1. При уменьшении сечения магнитопровода б и увеличении сечения магнитопровода 7 проходит распределение в этой же пропорции магнитного потока, наведенного первичной обмоткой. При больших токах используется эапараллеливание вентильных элементов, Так35 5 133349 как ток в данной обмотке уменьшается, уменьшается и.количество управляемых вентилей. Загрузка по току между управляемыми и неуправляемыми вентилями различна и больше у последних. Уменьшение общего количества вентилей приводит к повышению надежности и КПД, уменьшению веса и габаритов.В ферромагнитных материалах известен продольный магнитострикционный эффект, который возникает при наличии магнитного поля, наведенного током, протекающим через катушку, охватывающую Ферромагнитный сердечник, который под действием поля сжимается и находится в состоянии насыщения. Известен также поперечный скручивающий магнитострикционный эффект, который возникает при протекании электрического тока через Ферромагнитную пластину. Магнитострикционный эффект объясняется переориентацией вектора напряженности магнитного поля доменных структур по на правлению внешнего магнитного поля. Вследствие этого происходит сокращение линейных размеров Ферромагнитного ма.териала и уменьшение его магнитной проницаемости. Если магнитопровод трансформатора навит из ленты и по этой ленте протекает электрический ток, то он вызывает скручивающий эффект магнитострикции и понижение проницаемости Ферромагнитного материала без заметных изменений его линейных размеров. Следовательно, из- меняя величину тока можно регулировать величину насыщения сердечника. Для трансформатора повышенной частоты используется электротехническая сталь толщиной порядка 0,02 мм и малым сечением, для насыщения которой требуются токи, не превышающие 10 А, При указанном способе насыщения маг нитопровода 7 отсутствует высокое напряжение на обмотке намагничивания, вследствие чего повышается надежность, а также уменьшается вес источника, так как нет необходимости в дополнительной обмотке подмагничивания.Полное насыщение всего магнитопровода 6 или 7 недопустимо, так как ухудшается магнитная связь отсекающей обмотки 8 с первичной обмоткой 5, что резко ухудшает режим работы инверторного моста 1, При режимах, приближающихся к глубокому насыщению 56всего магнитопровода, наблюдается скачкообразное изменение реактивного сопротивления первичной обмотки 5 и режим работы инверторного моста 1 приближается к режиму холостого хода, что приводит к срыву инвертирования, Следовательно, насыщение только магнитопровода 7 и частичное поднасыщение магнитопровода 6 за счет нескомпенсированной постоянной составляющей тока в первичной обмотке 5 позволяет осуществить устойчивую работу инверторного моста 1 при широком регулировании выходного тока в диапазоне от 0,03 до 1,0 номинального значения. Для улучшения стабилизации скважности выходного импульса тока необходимо задавать переменный коэффициент усиления для усилителя 19, питающего обмотку 18 подмагничивания. Это позволяет при больших заданных Фазовых углах управления тиристора 10 производить более глубокое насыщение сердечника магни - топровода 7 и тем самым при малых выходных токах уменьшить величину фазового угла. На Фиг,4 (график 1) показана зависимость выходного тока от величины выходного напряжения усилителя 19 при переменном коэффициенте усиления, зависящем от величины напряжения задания (фиг.4, граФик 2) . В примере конкретного исполнения источника (Фиг,1) коэффициент усиления усилителя 19 постоянен,Таким образом, источник позволяет повысить качество сварного соединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока.Формула изобретенияИсточник питания сварочной дуги, содержащий инверторный мост, плюсом соединенный с одной обкладкой конденсатора Фильтра и через дроссель с плюсом входного выпрямителя, минус которого соединен с второй обкладкой конденсатора фильтра и через первичную обмотку трансформатора с минусом инверторного моста, причем трансформатор выполнен на двух двух- стержневых магнитопроводах, при этом первичная и отсекающая обмотки трансформатора охватывают один стержень каждого двухстержневого магнитопровода, а другой стержень охватывает каждый из вторичных обмоток13трансформатора, первые выводы вторичных обмоток трансформатора подключе - ны соответственно через первый диод и тиристор к катоду второго диода, анод которого соединен с вторыми выводами вторичных обмоток трансформатора, задатчик управляющего напряжения, первый управляющий выход генератора управления соединен с тиристорами инверторного моста, а второй - через компаратор и формирователь импульсов управления соединен с тиристором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения за счет расширения диапазона регулирования сварочного тока, в него введены последовательно соединенные сумматор, первый 33495интегратор, усилитель и дополнительная вторичная обмотка трансформатора,задатчик опорного напряжения и последовательно соединенные второй интегратор, второй компаратор, второйформирователь управляющих импульсови управляемый выпрямитель, при этомотсекающая обмотка трансформаторачерез управляемый выпрямитель подключена параллельно конденсатору фильтра, первый вход сумматора соединен сзадатчиком управляющего напряжения,а второй вход сумматора соединен с 1 Б первом входом второго компаратора,второй вход которого соединен с задатчиком опорного напряжения, а выход сумматора соединен с вторым входом первого компаратора.1333495 г ибова оставитель В ехред В. Кад Редактор А.Лежни Корректор, Л.Бескид Заказ 3908/ Подписно Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектна Тираж 974 ИИИПИ Государственного по делам изобретений 35, Москва, Ж, Раушс