Способ релейного управления током в сварочном контуре и устройство для его осуществления

(51 К 9 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ чно-исследоваонструкторскийнститут электроания акс, Б.А.КаА.Турулев СССР 984. ВЛЕНИЯ ТО- УСТРОЙСТВО Изобретение относится ичн особах дуговои сварки н ластик сисстоянном то з п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный наутельский проектно-ки технологический исварочного оборудов(50) Авторское свидетельствВ 1255333, кл. В 23 К 9/00,(54) СПОСОБ РЕЛЕЙНОГО УПРАКОМ В СВАРОЧНОМ КОНТУРЕ ИДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к дуговой сварке, в частности к системампитания сварочной дуги при различных способах дуговой сварки на по-.стоянном токе. Цель изобретенияповьппение качестве сварного соединения путем увеличения надежностиспособа управления сварочным токомпо двум уровням - максимальному иминимальному - в контуре свободного затухания, Нарастание сварочного тока до максимального уровняпроизводят в циклическом режиме современем импульса, не превьппающимвремени намагничивания сердечникавысокочастотного трансформатора инверторного источника, и со временем дуговой сварки, в частност темам питания сварочной дуг паузы, достаточным для его полногоперемагничивания. При достижениитоком максимального уровня источник отключают и включают его повторно после спада тока до минимального уровня, Устройство, реализующееспособ, содержит контур свободногозатухания сварочного тока и высокочастотный инверторный источник, состоящий из входного выпрямителя,транзисторного инвертора, силовоготрансформатора, блока управления работой транзисторов, компаратора иблока задания сварочного тока. Дляповьппения надежности устройства между компаратором и блоком управлениявключен блок, содержащий две взаимосвязанные времязадающие цепи,одна изкоторых содержит схемы совпадения, инвертирования и дифференцирования и ограничивает максимальное время открытого состояния тран-зисторов, а другая содержит схемыинвертирования, дифференцированияи повторного инвертирования и ограничивает минимальное время закрытого состояния транзисторов. При этомвыход компаратора соединен с первымвходом схемы совпадения, выход пер-,Вой времязадающей цепи - с входомблока управления и через вторую времязадающую цепь с вторым входомсхемы совпадения. 2 с.п, ф-лы, 4 ил, 3145Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем увеличения надежности способа релейного управления сварочным током по двум уровням, максимальному и минимальному, в контуре свободного затухания, а также создание облегченного и надежного источника- питания.На фиг.1 представлена схема контура свободного затухания сварочного тока при его питании от инверторного источника; на фиг.2 - кривая тока в сварочном контуре (кривая сварочного тока) при предлагаемом способе управления; на фиг.З - схема устройства для осуществления предлагаемого способа управления (а) и схема блока времязадающих цепей (б); на фиг.4 - варианты простейших схем транзисторного инвертора.Сварочная цепь 1 (фиг.1),содержащая электрод 2 и изделие 3, совместно с дросселем 4, шунтом 5 и диодом 6 обратного тока образует контур 7 свободного затухания сварочного тока. Контур, питается от инверторного высокочастотного источника 8, в состав которого входит транзисторный ключ (ключи) 9, Контрольными точками схемы являются входные зажимы 10 и 11 контура свободного затухания и зажимы 12 и 13 подсоедине" ния сварочной цепи. Напряжение П на выходе инверторного источника (на зажимах 10 и 11 контура свободного затухания) значительно превосходит напряжение дуги ПА (на зажимах 12 и 13 сварочной цепи).Способ осуществляется следующим образом.В момент времени с (фиг.2) к кон" туру свободного затухания (зажимы 10 и 11) от инверторного источника 8 через транзисторный ключ 9 прикладывают постоянное напряжение П, .Под действием этого напряжейия в контуре свободного затухания происходит нарастание сварочного тока 1 А. Скорость его нарастания определяется соотношением напряжений П и ПА величиной индуктивности Ь дросселяд 1 л 1)- Ндв л а,йГ Ь По прошествии промежутка времени - й в момент С напряжение9839П снимают (размыкают ключ 9), и в контуре свободного затухания (через.диод 6) происходит свободное спадание сварочного тока со скоростьюЙ 1 А1)Ае3 Г4 Йс Ь50 55 10 15 20 25 30 35 40 45 По прошествии промежутка времениЬг. = с - С, в момент с к контурусвободного затухания повторно прикладывают напряжение П , далее процесс повторяют с интервалами соответственно Ьс, и ЬсИнтервал Ьс, является временемполного намагничивания сердечникатрансформатора инверторного источника,а интервал с - временем, достаточным для его полного размагничивания (перемагничивания),Процесс циклического нарастаниятока продолжают до момента й, когдаток х достигнет максимального заданДного уровня 1 , после чего напряжение 1) снимают и подают повторнотолько в момент когда ток вконтуре спадает до минимального заданного уровня 1 . После этого напряжение П подают повторно. импульсами с интерваламии с до момента С , когда токдостигнетмаксимального уровня 1и т,д.Устройство для осуществленияпредлагаемого способа (фиг.За) содержит контур 7 свободного затухания тока и транзисторный инверторныйисточник 8, Инверторный источник 8содержит входной выпрямитель 14 семкостным фильтром на выходе, собственно инвертор 15 с транзисторнымиключами.9, высокочастотный силовойтрансформатор 16, выходной выпрямитель (диод) 17, блок 18 управленияработой транзисторов, компаратор 19,блок 20 задания сварочного тока иблок 21 времязадающих цепей,Блок 21 времязадающих цепей(фиг.Зб) содержит две взаимосвязанные цепи, одна из которых содержит схемы совпадения 22, инвертирования 23 и дифференцирования 24, а другая содержит схемы инвертирования 25, дифференцирования 26 и повторного инвертирования 27. Схемы 24 и 26 дифференцирования выполнены на резисторах 28-31, конденсаторах 32 и 33 и диодах 34 и 35,Инвертор 15 может быть построен на одном транзисторном ключе 365 10 15 20 25 30 35 40 45 Частота (Й1 Т 5055 5 14 (фиг.4 а) и обратном диоде 37. Трансформатор 16 при этом помимо основной первичной 38 и вторичной 39 обмоток имеет дополнительную размагничивающую обмотку 40, включенную последовательно с диодом 37. В цепь размагничивающей обмотки для сокращения времени размагничивания ЬЕ может быть включен стабилитрон 4 1.Инвертор 15 (фиг,4 б) может быть построен также на двух транзисторных ключах 42 и 43 и двух обратных диодах 44 и 45. Трансформатор 16 имеет при этом только две обмотки 46.Инверторы могут быть выполнены и по другим однотактным или двухтактным схемам, широко используемым в транзисторных преобразователях напряжения.Блок управления 18 работой транзисторов может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг,4 а. В состав блока входят переключающий элемент 47, вспомогательный транзистор 48, импульсный трансформатор 49 и резисторы 50 и 51. Первичная обмотка трансформатора подсоединена к источнику питания (напряжение +0).Блок 20 задания сварочного тока формирует сигналы задания (П), пропорциональные среднему значению сварочного тока Т, , а также максимальному Т,чо,кс = Тср (1 +) и минималь ному 1= 1 р (1 -) заданным уровням тока (- коэффициент пульсаций тока). В зависимости от соотношения уровней сигнала задания (0)макс э П мин ) и сигнала обратной связи. с шунта Я ) выходной сигнал компаратора принимает значения "1" Ш 0 или 0 Я 0 )К транзисторному инвертору 15 (к транзисторным ключам 9) подсоединен блок 18 управления работой транзисторов (фиг.З). К входам компаратора 19 подключены шунт 5 и блок 20 задания сварочного тока, Выход компаратора через блок 21 времязадающих цепей подключен к входу блока 18, управления работой транзисторов, Выход инвертора соединен с входом контура 7 свободного затухания свароч-.ного токаеПервый вход (Вх 1) схемы 22 совпадения блока 21 соединен с выходом компаратора 19, выход первой время- задающей цепи блока 2 1 - с входом блока 18 управления и через вторую 59839 6 времязадающую цепь блока 21 с вторым входом (Вх 2) схемы 22 совпадения.Устройство работает следующим образом.1На холостом ходу, при разомкнутых электродах (фиг.З), сигнал обратной связи по току П, равен нулю, а при наличии напряжения задания (0 макс) на выходе компаратора 19 - логическая "1". Наличие двух "1" на входе схемы 22 вызывает появление "1" на выходе схемы 23 и, следовательно, на входе блока 18, Открываются транзисторные ключи инвертора 15 (например, ключи 36, фиг.4 а), на выходе источника 8 (зажимы 10 и 11) появляется напряжение 0 , Начинается отсчет времени импульса. По мере заряда конденсатора 32 напряжение на резисторе 29 падает до значения логического "0". Транзисторы инвертора закрываются. Одновременно на выходе схемы 25 появляется логическая "1", на выходе схемы 27 (Вх 2 схемы 22) - "0"; на выходе схемы 23 - "0". Наличие "0" на выходе схемы 23 позволяет конденсатору 32 быстро разрядиться через диод 34. Начинается отсчет времени паузы= О)По мере заряда конденсатора 33напряжение на резисторе 31 падает до уровня "0", на выходе схемы 27 появляется "1". Логическая "1" появляется также на входе блока 18 и схемы 25. Происходит быстрый разряд конденсатора 33 через диод 35. Включаются транзисторы инвертора, начинается отсчет времени импульса.Таким образом, на холостом ходу (электроды разомкнуты) блок 21 время" задающих цепей работает в импульсном режиме с интервалами ДС, и дС,1ть е) идг., + ьскважность (Т/ЬС ) импульсов блока 21 определяют частоту и скважность подачи импульсов напряжения О, с выпрямителя 14 на первичную обмотку трансформатора 16 (например, на обмотку 38, фиг.4 а) В течение времени импульса магнитная индукция в сердечнике трансформатора возрастает, в течение времени паузы спадает (например, в схеме фиг,4 а размагничивание происходит через дополни7 145тельную обмотку 40, стабилитрон 41,диод 37 и емкостный фильтр выпрямителя 14) (фиг.3).При замыкании сварочных электро 5дов начинается процесс нарастаниясварочного тока (тока дугифиг,2). При этом блок 2 1 продолжает работать в импульсном режиме(в режиме генератора импульсов) дотех пор, пока нарастающий сварочныйток не достигает запаного максимального уровня 1а сигнал обратной сРязи П5 это 7 момен,(с, фиг.2) компаратор 19 переключается. На его выходе, а следовательно, на входе блока 21 (Вх 1 схемы 22)появляется "0". Прохождение очередного импульса прекращается. Начинается спад тока в контуре свободногозатухания (интервал сС ,фиг,2), Одновременно начинается заряд конденсатора 33, и на время егозаряда происходит дополнительноеблокирование схемы 22 (на Вх 2 - "0")на время Ьс , исключающее включениетранзисторнйх ключей. Повторноевключение инвертора возможно не раньше, чем на двух входах. схемы 22 появится "1", для чего, во-первых,должен окончиться заряд конденсатоРа 33, а, во-вторых, сварочный токдолжен опуститься до уРовня 1 минсоответствующего новой установкеблока 20,Таким образом, независимо от скорости спада сварочного тока в контуре 7 (скорость спада тока резковоэрастает, а интервал сс+резко уменьшается при увеличениимежэлектродного расстояния - прирастяжке дуги) блок 21 обеспечивает гарантированное время для размагничивания трансформатора 16, т.е.гарантирует высокую надежность работы устройства при любых возможныхрежимах нагрузки (холостой ход,короткое замыкание, растяжка дуги).Интервалы времени дс, и дс дляосуществления предложенного способасвязаны с параметрами устройстваследующими соотношениями:М З ДВс 1сц 9839 20 Дпя однотактных схем дВ = В Воет для двухтактных схем ьв= 2 Вмакс где В макс максимальная 25 Рабочая индукция;В, - остаточная индукция.Например, для однотактной схемы=,160; Ып = 180; ДВмакс 0 28 Тл; В0,03 Тл (для ферритового сердечника) 160 6 10 025 45 О-ьЗ 5" 54040 Принимаем Рабочая частота451 Ьс, + дс12 кГц По сравнению с базовым объектом впредложенном устройстве снижена мас О са при одновременном расширении пределов регулирования тока (в одномдиапазоне). Уменьшение массы обеспечено за счет применения инвертораи работы силового трансформатора 55 на повьппенной частоте. Повышение сварочных свойств связано с применением предложенного релейного способауправления сварочным током в инверторном источнике. И Я ЬВдс ъ сПст где С и Ст - время намагничиванияи размагничивания сер" 8дечника трансформатора;И - число витков первичной обмотки; И - число витков размагничивающей обмотки,мЬВ - рабочий диапазон индукции Т 1,Б, - выпрямленное напряжение входного выпрямителя, В;Пнапряжение стабилистэации сталибитронав цепи размагничивания, В. 180 6 100 25Ьсъс :-- 39 10 с Р 540 + 160 дс, =4010 с, дс =4310 с, -6 -б14598 формула изобретения1. Способ релейного управления током в сварочном контуре, заключающийся в том, что контур свободного затухания питают от высокочастотного трансформаторного инверторного ,источника, а управление сварочным током ведут по двум уровням - мак" симальному и минимальному, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, управление нарастанием тока до максимального уровня производят в циклическом режиме со временем импульса, не превышающим времени полного намагничивания трансформатора инверторного источника, и со временем паузы, достаточным для его полного размагичивания.или перемагничивания, при этом по достижении максимального уровня тока источник отключают и включают повторно после снижения тока до минимального уровня.2. Устройство для релейного управления током в сварочном конФуре, содержащее контур свободного затухания сварочного тока, состоящий из сварочной цепи, включающей электрод и изделие, дросселя, шунта и 10152030 39ообратного диода, и высокочастотный инверторный источник, состоящий из входного выпрямителя, транзисторного инвертора, высокочастотного силового трансформатора, блока управления работой транзисторов, компаратора и блока задания сварочного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения, между компаратором и блоком управления работой транзисторов включен блок времязадающих цепей, содержащий цепь ограничения максимального времени открытого состояния транзисторов и цепь ограничения минимального времени закрытого состояния транзисторов, первая из . которых содержит соединенные последовательно схемы совпадения инвертирования и дифференцирования, а вторая содержит соединенные последова,тельно схемы инвертирования, дифференцирования и повторного инвертирования, при этом выход компаратора соединен с первым входом схемы совпадения, выход первой времязадающей цепи - с входом блока управления работой транзисторов и через вторую времязадающую цепь с вторым входом схемы совпадения.1459839 а Составитель В.ПучинскийРедактор О.Юрковецкая Техред Д,Олийнык ректор М,Ша Заказ 396/ 12 Тираж 892 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 КНТ СССР 1 роизнодственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн