Регулятор сварочного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 23 К 90 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О ПАТЕНТ тизированном электросварочном производстве. Сущность изобретения: регулятор содержит источник постоянного тока (ИПТ), Положительный вывод ИПТ соединен с положительным выводом автономного инвертора тока (ИТ). Выводы переменного тока ИТ соединены с первым трансформатором (Т). Вторичная обмотка первого Т через реактор подключена к выпрямителю. Отрицательный вывод ИПТ соединен с отрицательным выводом инвертора напряжения (ИН). Отрицательный вывод ИТ соединен с первым конденсатором (К), Выводы переменного тока ИН соединены с первичной обмоткой второго Т. Выводы вторичной обмотки второго Т соединены с выводами регулятора. К выводам постоянного тока И Н параллельно подключен второй К. Между первым К и вторым К включен диод, 3 ил,тротехнич(Ленина) иии кий инотехнич ура сва ектрик оменкла з-д "Э о СССР969.о СССР1985,ОГО ТОКАк области сварости, для сваркитоке в автоманизких динамических свойств регулирую- ( щих элементов - дросселей насыщения, которые включены в цепь тока промышленной частоты, и их частотные свойства определяютая этой низкой частотой.Известно устройство для дуговой сварки на переменном токе, содержащее тиристорный фаэорегулятор из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, си- (А) стему управления фазой их включения и силовой трансформатоо, Недостатками устройства являются плохое использование силового трансформатора из-за прерывистого характера тока и необходимость применять импульсную стабилизацию горения и дополнительный источник подпитки дуги. Регулирование имеет низкие динамические ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Изобретение относится ки и предназначено,вчастн плавлением на переменномРегулятор сварочного тока относится к области сварки и предназначен для сварки плавлением, Он может использоваться в автоматизированном электросварочном производстве, в аргонодуговой сварке легких сплавов.Известно устройство для сварки, содержащее однофаэный трансформатор промышленной частоты, дроссели насыщения в цепи сварочного тока и систему управления током подмагничивания дросселей насыщения.Такое устройство имеет большие массу и габариты, что не позволяет использовать его в автоматизированном сварочном производстве. Оно не обеспечивает повторяемости заданного качества сварки из-за 1787082 АЗ1787082 10 15 20 25 35 40 45 5055 показатели, так как частотные свойства тиристорного фазорегулятора определяются промышленной частотой, Устройство отличается низким коэффициентом мощности.Наиболее близким к предлагаемому регулятору сварочного тока является регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянноготока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпрямителя, при этом отрицательные выходы первого и второго выпрямителей объединены и соединены с первым выходом регулятора, а положительные выходы первого и второго. выпрямителей соединены с вторым выходом регулятора, 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 токаНедостатком известного регулятора сварочного тока является низкая устойчивость возбуждения дуги при работе на переменном токе, что требует применения импульсной стабилизации. Процесс повторного зажигания дуги переменного тока имеет вероятностный характер и требует значительной мощности для достижения высокой стабильности зажигания дуги,Целью изобретения является расшире ние области применения.Цель достигается тем, что регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу . переменного тока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения, причем другая обкладка конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, а выводы переменного тока инвертора напряжения соединены с входом второго трансформатора, снабжен диодом и вторым конденсатором, при этом анод диода соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока й положительным выводом выпрямителя, а катод диода объединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напряжения, вторая обкладка второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора напряжения и отрицательным выводом выпрямителя, выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора непосредственно.Предлагаемое устройство содержит новое качество, заключающееся в том, что оно имеет высокую устойчивость горения дуги, что обеспечивает высокое качество сварки. Это достигается путем включения инвертора напряжения к источнику постоянного тока через автономный инвсртор тока и диод. Инвертор .напряжения через трансформатор питает сварочную нагрузку, причем значения токов в первичной цепи инвертора напряжения, сварочной цепи и цепи источника постоянного тока определяются входным сопротивлением инвертора тока. Само же входное сопротивление инвертора тока определяется параметрами самого инвертора, трансформаторов, реактора и сопротивлением сварочной нагрузки; Входное сопротивление автономного инвертора тока изменяется в значительно большей степени, чем сопротивление нагрузки при увеличении сопротивления на выходе автономного инвертора в 2 раза его входное сопротивле 30 ние уменьшается в 5 раз). Включение автономного инвертора тока в цепь питания позволяет стабилизировать ток в сварочной цепи при изменении сопротивления сварочной цепи. При малом сопротивлении сварочной цепи на сварочной нагрузке обеспечивается. малое напряжение. Увеличение устойчивости зажигания дуги при переходе тока через нулевое значение обеспечивается за счет энергии, накопленной в индуктивности сварочной цепи. При изменении знака напряжения на инверторе напряжения энергия из цепи переменного тока возвращается в цепь постоянного тока, что обеспечивает увеличение напряжения на втором конденсаторе и инверторе напряжения. Малое значение емкости второго конденсатора обеспечивает быстрый подьем напряжения на сварочной нагрузке и устойчивость зажигания дуги. Автономный инвертор тока и выпрямитель в эти моменты времени работают на первый конденсатор, который имеет большое значение емкости. Напряжение на нем изменяется в небольших пределах, что стабилизирует работу устройства на среднем уровне. Инвертор напряжения, диод, второй конденсатор и автономный инвертор тока взаимодействуют в предлагаемом устройстве таким образом, что обеспечивается повышение качества сварки путем повышения устойчивости горения дуги и вследствие этого отличительные признаки являются существенными.На фиг,1 представлена структурная электрическая схема регулятора сварочного тока; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема регулятора сварочного тока с источником постоянного тока в виде трехфазного мостового выпрямителя и с однофазным автономным инвертором тока и однофазным инвертором напряжения; на фиг.З - диаграммы мгновенных значений токов и напряжсний на нагрузке, тока обратного диода. Устройство содержит (фиг,1) источник 1постоянного тока, положительный вывод которого связан с положительным выводомавтономного инвертора 2 тока, Выводы переменного тока инвертора тока соединеныв первым трансформатором 3. К вторичнойобмотке трансформатора 3 через реактор 4подключен выпрямитель 5. Отрицательныйвывод источника 1 питания соединен с отрицательным выводом инвертора 6 напря. жения. Отрицательный вывод автономногоинвертора 2 тока соединен спервым конденсатором 7, Выводы переменного токаинвертора 6 напряжения соединены с первичной.обмоткой второго трансформатора8. Выводы вторичной обмотки трансформатора 8 соединены с выводами 9 регулятора.К выводам постоянного тока инвертора 6напряжения параллельно подключен второй конденсатор 10, Между первым конденсатором 7 и вторым конденсатором 10включен диод 11,На принцийиальной электрической схеме фиг.2 дополнительно обозначены коммутирующий конденсатор 12 инвертора тока,дроссель 13 инвертора тока, дроссель 14выпрямителя, дроссель 15 инвертора напряжения, обратные диоды 17 инверторанапряжения;На диаграмме мгновенных значенийфиг.З обозначены кривая 18 напряженияна нагрузке при подключении инвертора кисточнику напряжения бесконечной мощности, кривая 19 напряжения при ограниченном значении емкости 10, кривая 20мгновенного значения тока, кривая 21 токаобратного диода.Регулятор сварочного тока работаетследующим образом,В режиме холостого хода автономныйинвертор 2 тока и инвертор 6 напряженияимеют различные входные сопротивления.Входное сопротивление инверторэ 2 токаимеет малое значение, Оно определяетсяуравнением Кит = аХ с/(Х с/Вп+йп),2 2где Хс - реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора 12 инвертора 2 то 5 ка;Яп - сопротивление, определяемое потерями в конденсаторе 12 и потерями в магнитопроводе трансформатора 3 инвертора 2тока;10 а - . коэффициент, определяемый схемойинвертора тока,Очевидно, что при Вп -+сс сопротивление инвертара тока равно нулю. Сопротивление инвертора 6" напряжения имеет15 большое значение. Оно определяется большими значениями сопротивления потерьхолостого хода трансформатора 8, Таким образом, напряжение источника 1 постоянного тока практически полностью приложено20 к инвертору 6 напряжения. Напряжение насварочной нагрузке, подключенной к выводам 9 регулятора, в режиме холостого ходаопределяется коэффициентом трансформации трансформатора 8 и значением напря 25 жения источника 1 постоянного тока, Припоявлении нагрузочного тока в сварочной.цепи увеличивается ток 1 д в цепи постоянного тока инвертора 6 напряжения, диоде 11инвертора 2 тока и источнике 1. С уменьше 30 нием сопротивления сварочной нагрузки иувеличением тока д увеличивается падениенапряжения на входном сопротивлении Йитавтономного инвертора 2 тока и увеличивается напряжение на трансформаторе 3 и35 выпрямителе 5. В момент достижения токомв сварочной нагрузке критического значения напряжение на выходе выпрямителя 5равно напряжению на входе инвертора 6напряжения; Вентили выпрямителя 5 начи 40 нают проводить ток. Инвертор 2 тока переходит в нагрузочный режим. С увеличениемтока в цепи переменного тока инвертора 2его входное сопротивление увеличивается.Увеличивается напряжение на выводах по 45 стоянного тока инвертора 2 тока и уменьшается значение напряжения на выводахпостоянного тока инвертора 6 напряжения,что приводит к уменьшению напряжения навыводах 9 регулятора. Дальнейшее умень 50 шение сопротивления сварочного контураприводит к увеличению входного сопротивления инвертора тока, что обеспечивает крутопадающий . характер нагрузочнойхарактеристики регулятора. В рабочем ре 55 жиме напряжения на сварочной нагрузке ина входе инвертора напряжения в 3 - 4 разаменьше значений эгих напряжений режимахолостого хода. Малые значения напряженияна сварочной нагрузке снижают вероятностьповторного зажигания в полупериоды, имеющие отрицательное напряжение на изделии и положительное напряжение на электроде. Для увеличения значений напряжений в регуляторе используется энергия, накопленная в индуктивности дросселя 15 и индуктивности цепи тока сварочной нагрузки, Начиная с момента включения обратного диода 17, происходит возврат этой энергии в конденсатор 10, Из-за малых значений емкости конденсатора 10 происходит быстрое нарастание напряжения на конденсаторе 10 и, следовательно, на сварочной нагрузке, Напряжение на сварочной нагрузке (фиг,З, 19) увеличивается практически до тех пор, пока ток нагрузки (фиг.З, 20) не изменит знак. При повторном зажигании дуги и изменении направления тока нагрузки напряжение на конденсаторе 10 уменьшается до значений напряжения на конденсаторе 7, При равенстве напряжений начинает проводить ток диод 11 и обеспечивается передача энергии в инвертор 6 напряжения и передача через трансформатор 8 к зажимам 9 и к сварочной нагрузке, Значение емкости конденсатора 7 больше емкости конденсатора 10. Напряжение на конденсаторе 7 в рабочем режиме изменяется мало. Токи дросселей 13 и 14 имеют малые значения переменной составляющей, что необходимо для обеспечения высокого КПД. Напряжения на выходе инвертора 6 и на трансформаторе имеют прямоугольную форму. На фиг,З коммутационный интервал условно растянут, При рабочих частотах, на которых проводится сварка, коммутационный интервал имеет длительность значительно меньше половины периода напрякения на нагрузке,Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки.нагрузочная характеристика регулятора имеет жесткую характеристику, а в режимах с малыми значениями сопротивления сварочной нагрузки вольт-амперная характеристика имеет крутопадающий характер, Одновременно при малых значениях напряжения на сварочной нагрузке во время основной части полупериодов напряжение в начальной части при перемене знака тока сварки имеет повышенное значение. Это обеспечивает устойчивость повторного зажигания сварочной дуги.Экспериментальная проверка показала, что предлагаемый регулятор сварочного тока позволяет в 2-3 раза уменьшить потери в нем. Он позволяет использовать трехфазную сеть 380 В, 50 Гц для производства сварочных работ, что увеличивает коэффи циент мощности и обеспечивает равномерную загрузку фаз. Его отличительной особенностью является высокая крутизна внешней характеристики; которая является естественной и не требует устройств управ ления, Регулирующим органом является автономный инвертор тока, работающий на повышенной частоте. Инвертор тока обеспечивает высокие динамические характеристики. При работе автономного инвертора 15 на частоте 400-1000 Гц динамические характеристики предлагаемого регулятора в 5-10 раз выше, чем у трансформаторов с дросселями насыщения и трансформаторов с тиристорными фазорегуляторами, которые 20 работают на частоте сварочного тока 50 Гц,Формула изобретенияРегулятор сварочного тока, содержа щий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономнбго инвертора тока, выводы переменного тока которого через первый трансформатор и 30 реактор подсоединены к входу переменноготока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен, с первой обкладкой первого конденсатора и отрицательным выводом инвертора напря жения, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, при этом выводы переменного. тока инвертора напряжения соединены с входом второго 40. трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения области. применения, в него введены диод и второй конденсатор, при этом анод диода. соединен с отрицательным: выводом автономного ин вертора. тока и положительным выводомвыпрямителя, катод диода обьединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напряжения, а вторая обкладка 50. второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора напряжения и отрицательным выводом выпрямителя, причем выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора.1787082 ктор Т.Палий еда 263 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 а Т СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 1