Устройство для управления тиристорным преобразователем

Союз СоветсмикСоцнапмстнчесмыкРеспублмм ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 747646 61) Дополнительное к авт. свнд-ву22) Заявлено 11.04.78 (21) 2602574/25-2Дата опубликования опнсання 17,07 ков, В. ф. Постаушкини М. Я. Клебанов В. Х Авторызобретен елябкксккй политехиичесЦентральный научно-исслкструкторский институтпро ий институт едовател ьск енин оики лесной 7 Заявктел и механизации и энергетышлеиности мерному проталла клий при наний сва очИзобретение относится к обларочюй техники, в частности к ууправления для электродуговой сколистовых конструкций, и макепользовано в области электротечастности в электроприводе.Известно устройство управления тирксторным преобразователем для электродуговой сварки, которое содержит тиристорный преобразователь, блок обратюй связи источник напряжения задания, схему управления тиристорами преобразователя, а т же регулируемый операционный усилитель или усилитель с интегральным регулиро н м Я.Недостатком такого устройства являетъся невысокое качество дуговой сварки тонколистовых конструкций вследствие того, .что регулкрование углов зажигания тиристоров преобразователя в этих устройствах осуществляется нв по мгновенному значению сварочного тоха, а по усредненюму (интегральюму) значению тока, что сны жает быстродействие регулирования тока и может привести к неравноплавлению тонколкстового меего прожогу электрической дуголкчки скачкообразных измене рного тока.Известно устройство управления ткрксторным преобразователем, содержащее тирксторный преобразователь, блок обраъкой свяэк, формирователь импульсов, источник напряжения задания, элемент срав Онения, один кз входов которого подключенк источнику напряжения задания, а другойвход - к выходу блока обратной связи,вход которой соединен с выходом тиристорного преобразователя, Кроме того, такие устройства содержат усилитель рассогласования, блок импульсно-фазового управления тирксторами, узел фазового сдвига и распрецеделктель импульсов 2).Недостатком таких устройств с кмтГульс но-фазовым управлением тиристорамк преобразователя является также невысокоекачество дуговой сварки тонколкстовыхконструкций вследствие большой кнертцтсг сти свастройствам варки тон т быть ис хники, и в аВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМности такого управления, что также может привести к пропдавде 1 п 1 ю тоцкодистового металла и его прожогу электрическойДУГОЙ.1 звестно устройство управления тиристорным преобразователем, содержащее тиристорный преобразователь, блок обратнойсвязи, формирователь импульсов, редейныйэлемент, источник напряжения задания цблок сравнения, выход которого соединен 10со входом релейного элемента, один извходов блока сравнения подкд 1 очен к источнику напряжения задания, а другой еговход - к выходу блока обратной связи, входблока обратной связи подключен к выходу 15тиристорного преобразователя, управляющиевходы которого подключены к выходам формирователя импульсов,Данное устройство обеспечивает релейно-фазовое управление углами зажигания 20тиристоров преобразователя, что позволяетиспользовать преимущества систем .с фазовым управлением (плавность регулирования угла зажигания тиристоров) с сохра- .нением преимушеств систем с релейным 25управлением (простота и высокие динамические свойства, например, быстродействие).Такие устройства с релейно-фазовым управлением тиристорами преобразователя применяются преиму 1 цественно ддя регудирования электроприводов постоянного токас питанием от трехфазной сети 131,Однако при использовании такого устройства для регулирования тиристорамипреобразователя применительно к электродуговой сварке, качество сварки получается невысоким из-за отсутствия возможности регулирования и ограничения минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя. Это приводит к несимметричной работе тиристоров преобразователя, а, следовательно, кскачкообразным изменениям сварочноготока, разбрызгиванию и прожогам метал 45Цель изобретения - возможность применения известного устройства для сварки тонколистовых конструкций от сети переменного тока; при регулировании мини 50мального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя.Поставленная дель достигается за счеттого, что устройство снабжено схемой совпадения, выпрямителем напряжения сети55и двумя пороговыми элементами, один изпороговых элементов своим выходом подКЛЮЧЕН К ОДНОМУ ИЗ ВХОДОВ СХЕМЫ СОВЮдения, к другому ее входу подсоединен выход релейного элемента, а выходы схемы сОВпадени 51 и друГОГО порОГОВОГО элемента подключены ко входу формировате- ДЯ ЦМПУХ 1 ЬСОВ, ПРИЧЕМ ВХОДЫ ОБОИХ ПОРОГО- вых элементов подключены к Вь.прямцтелю напряжения сети.11 алцчие замкнутой цепи, содержащей последовательно соединенные редейный элемент, схему совпаденця, формирователь импульсов, тцристор 1 ый преобразователь, блок обратной связи, подключенный своим выходом к одному из входов блока сравнения, к другому Входу котороГО подключен источник задания напряжения, позволяет автоматически управлять угламц зажигания тиристоров преобразователя по мгновенному значению сварочного тока. Причем, схема совпадения предназначега ддя автоматического перехода с релейного режима управления тцристорным преобразователем ( при возбуждении дуги и наростании сварочного тока до установившегося значения) на фазовый режим управления преобразователем (прц установденцц заданной величины тока в сварочной цепи).Наличие порогового элемента в совокупности с Выпрямителем пагряжения сети, подключенным ко входу порогового элемента, со схемой совпадения Один из входоВ которой соединен с Выходом этого порогового элемента, а так: е с релейным элементом и формирователем импульсов позволяет подучить в релейном режиме работы преобразователя на егс выходе максимальное выпрямленное напря:сенце (напряжение холостого хода), Это Облегчает условия зажиген 1 ья дуги и поддержание стабильной дуги в релейном режиме, а также создает условия ддя качественной сварк 11. Выпрямитель напряжения "ети позволяет сиРлронизировать во Времени работу пороговых элементов и тирцсторного преобразователя, что важно ддя правильного регулировачия и ограничения углов зажигания тиристоров. Другое пороговое устройство В совокупности с выпрямителем напряжения сети, подкдюченным ко входу этого порогового элемента, со схемой совпадения ц формирователем импульсов, соединенных со входом порогового элемента, расширяет диапазон устойчивой работы преобразователя путем ограничения максимального угла зажигания тирцсторов преобразователя, что позволяет исклочить несимметричную работу тиристорОв и тем сам.зм избежать скачкообразных изменений сварочноГО тока, приводящих к неравномерному пропдавдению металла, прожогам и к доподнительному разбрыз5 7476 гиванию металла, в результате этого повышается качество сварки,Ив фиг, 1 приведена функционап.цвя схема устройства для управления тиристорным преобразователем: иа фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, характеризующие работу устройства в релейном и фазовом режимах соответственно. Устройство для управления тиоисторным10 преобразователем содержит блок 1 сравнения, релейный элемент 2, схему 3 совпв; дения, формирователь 4 импульсов, тири" торный преобразователь 5, блок 6 обраэной связи, источник 7 напряжения задания,15 пороговый элемент 8, выпрямитель 9 нап ряжения сети и другой пороговой алемент 10. Один из входов блока 1 сравнения под. ключен к источнику 7 напряжения з дания, другой вход элемента 1 сравнения через20 блок 6 обратной связи подключен к выходу тиристорного преобразователя 5, который одновременно является выходом устройства, Выход блока 1 сравнения через релейный элемент 2 подсоединен к одному из входов25 схемы 3 совпадения, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 8. Выходы схемы 3 совпадения и порогового элемента 10 подключены ко входу формирователя 4, выходы которого соединены с30 управляющими входами тиристорного преобразователя 5, Выход выпрямителя 9 напря. жения сети подключен ко входам пороговых элементов 8 и 10, Элемент 1 сравнения предназначен ддя сравнения мгновенного значения напряжения обратной связи Р 10,35 пропорционального сварочному току нагрузки, и напряжения задания И .с выхода источника 7 напряжения задания. Релейный элемент 2 служитдля преобразования раз- . ностинапряжений остройсвязи И, ииапряжения задания И в последовательность импульсов с частотой и скважностью,определяемой величиной и формой сигнала обратной связи с выхода блока 6 обратной связи.Схема 3 совпадения предназначена для ав-45 томатического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразовате. лем на фазовый режим, Формирователь 4 импульсов служит для формирования управ50 ляющих импульсов на тиристоры преобразователя 5, Пороговые элементы 8 и 10 вырабатывают прямоугольные импульсы при сравнении выпрямленного двухполупериодного напряжения с выхода выпрямители 955 напряжения сети с фиксированным пороговым напряжением каждого из пороговых элементов 10 и 8. Выпрямитель 9 напряжения сети позводяет синхронизировать во 46 б времени работу пороговых элементов 8 и 10, а также тиристорного преобразователя Устройство работает следуюшим образом.К выходным клеммам устройства подсоединяют сварочные электроды и устройство подключают к напряжешпо сети, В зависимости от соотношения величины напряжения обратной связи 11, на выход блока 6 и напряжения задания Р 1 на выходе источника 7 устройство управления тирис торным преобразователем может работать в релейном режиме (при 11 ос ( И 3) или в фазовом режиме (при И,И ). В переходном режиме, т.е. в процессе возбуждения дуги и нарастания сварочного тока до установившегося значения, устройство работает в релейном режиме. При Р 1 ос11релейцый элемент 2 выключен, т,е, иа его выходе имеется постоянное напряжение, а при 11 ос) Ирелейный элемент 2 включен, т.е. нв его выходе нет напряжения (см, фиг. 2). При разомкнутой сварочной цепи, т.е. в режиме холостого хода, напряжение обратной связи 11, на выходе блока 6 рввосно нулю. При этом на бдок 3. сравнения подается только напряжение задания Из от источника 7, релейный элемент 2 находится в состоянии выключено и настоян ное напряжение с его выхода поступает на один из входов схемы 3 совпадения. Одновременно с выпрямителя 9 напряжения сети поступает двухполупериодное вы.- прямленное напряжение сети на входы пороговых Элементов 8 и 3.0, имеющих фик сированные значения пороговых напряжений И и Исоответственно. На выходах пороговых элементов появляются прямоугольные импульсы, длитедьность которых определяется величинами пороговых напряжений. 11 дитедьность прямоугольных импульсов на выход порогового элемента 9 близка к полупериоду напряжения сети и соответствует величине порогового нап-ряжения И 1 . Рмпульсы с выхода порогово го алемента 8 поступают на другой вход схемы 3 совпадения, на первом входе к(ьторой имеется постоянное напряжение с выхода релейного элемента 2, и проходят через нее на вход формирователя 4 импульсов.Одновременно с этими импульсами на вход формирователя 4 импульсов посту пвют прямоугольные импульсы с выходадругогопорогового атемента 10, длительность которых меньше длить ностиимпульсов, поступающих с выхода порогового элемента 8,В соответствии с импульсами, посту-.Пающими с выхода пороговых элементов8 и 10, формирователь 4 импульсов формирует импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя и ограничивающие минимальный имаксимальный углы зажигания тиристоров,Причем, по переднему фронту прямоугольных импульсов, пришедших с выхода порогового элемента 8, формируются запускающие импульсы, которые огрвничиввютминимальный угол зажигания тиристоров.При поступлении этих импульсов на управ ляюшие электроды тиристоров преобразователя 5 нв его выходе появляется практически полное выпрямленное напряжение,которое прикладывается к сварочным электродам, 20По заднему фронту прямоугольных импульсов, пришедших с выхода другого порогового элемента 10, формируютсязвпускакицие импульсы, ограничивающие максимальный угол зажигания тиристорОВ в 25пределах 160-170 одля достижения устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки вплоть до короткого замыка.ния. При возбуждении дути касанием электродом свариваемых конструкций в сввроч ной цепи начинает протекать сварочный ток,На выходе блока 6 обратной связи появ-.ляется напряжение обратной связи Ио пропорциональное мгновенному значению свв;рочного тока, По мере увеличения свароч- з 5ноготока в переходном режиме увеличивается и напряжение обратной связи Иоскоторое поступает с устройства 6 обратной связи на вход блока 1 сравнения, вкотором это напряжение Ио сравнивается 40с напряжением задания И ,поступающимот источника 7 напряжения задания. Разность между мгновенными значениями напряжения обратной связи и напряжением звдания И подается нв релейный элемент 245и двлее схема работает, как описано выше, до тех пор, пока сварочный токае достигнет установившегося значения, т.е. втечение 2-3 периодов питающего напряжения. 50 При И р И , т,е. при достижении напряжением обратной связи И уровня напряжения задания И устройство переходит в режим фазового регулирования тиристор 55 ным преобразователем 5. В уСтановиваем. ся режиме релейный элемент 2 периодически переключается с частотой пульса- ций сварочного тока (для однофвзной схемы тиристорного преобразователя частоты пульсаций 1001 и В моменты равенства напряжений обратной связи 1 и эадвнчя 11на входе блока 1 сравнения. вырабатывается сит- нал, который поступает на вход релейного элемента 2. В результате на выходе релейного элемента 2 появляются прямоугольные импульсы, которые поступаютна один иэ входов схемы 3 совпадения, Нв другой вход схемы 3 совпадения поступают прямоугольные импульсы с выхода порогового элемента 8, в результате совпадения импульсов, поступивших на оба входа схемы 3 совпадения, нв ее выход проходят импульсы с выхода релейного элемента 2. Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов, который формирует запускающие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5. При этом устанавливается угол зажигания тиристоров, соответствующий заданию по току. При плавном изменении напряжения задания 11 с выхода источника 7 также плавно изменяется угол открывания тиристоров, а следовательно, и сва- . рочный ток. Случайное изменение сварочного тока, например в сторону уменьшения, вызовет уменьшение напряжения обратной связи И . При этом момент равенства Ии И и появления импульсов на выходе релейного элемента 2 наступит раньше, что приведет к умечьшению угла отпирания жристоров и увеличению нвпряже- ния на выходе тиристорного преобразователя 5. Сварочный ток практически через 2-3 периода питающего напряжения вновь достигнет тока задания. В фазовом режиме также,как и в релейном режиме, на тиристоры поступают запускающие импульсы, сформированные формирователем 4 импульсов по звднему фронту имтцп сов, пришедших с выхода порогового элемента 10, причем эти запускающие импульсы ограничивают максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160-170.Ограничение максимального угла зажигаиы тиристоров позволяет обеспечить равномерную загрузку тиристоров, т,е. симметричную работу преобразователя и в результате этого избежать скачкообразных изменений.сварочного тока, а следовательно, разбрызгивания и прожогов металла.Данное устройство позволяет достичь устойчивой работы преобрвэоввтеля при изФормула 9 7476 менении нагрузки от холостого хода ( при ,Кф Ф) до короткого замыкания (при Е=О) /О в диапазоне углов регулирования от 0 до 160-170 и обеспечивает высокую точность регулирования тока в заданных пределах, 5 что позволяет с. помощью ручной сварки производить качественные сварочные соединения конструиий иэ металла толщиной 0,7-2 мм беэ прожогов, а также позволяет снизить потери металла на разбрызгивание 10 и расход электроэнергии на один погонный метр шва сварных соединений. изобретени я. 15 Устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее тиристорный преобразователь, блок обратной свя зи, формирователь импульсов, релейный элемент, источник напряжения задания и блок сравче:щя, выхсд которого соединен со входом релейного элемента, один из входов блока сравнения Подключен к ис точнику напряжения задания, а другой его вход - к выходу блока обратной связи, вход блока обратной связи подключен к выходу тиристорного преобразователя, управляющие входы которого подключены к вых сь дам формирователя импульсов, о т л и 46 , 10чающе ес ятем, что, сцельювозможности применения устройства для сварки тонколистовых конструкций от сети переменного ежа при регулировании минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя, устройст, во снабжено схемой совпадения, выпрямителем напряжения сети и двумя пороговы-. ми элементами, один из пороговых элементов своим выходом подключен к одному иэ входов схемы совпадения, к другому ее входу подсоединен выход релейного элемента, а выходы схемы совпадения и другого порогового элемента подключены ко входу формирователя импульсов, причем входы обоих пороговых элемеНтов подключены к выпрямителю напряжения сети. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 554968, кл. В 23 К 9/0007.12.75.2. Авторское свидетельство СССРМ 488302, кл, Н 02 Р 13/1607,06.7 3.3. Авторское свидетельство СССРЪ 197741, кл. Н 02 Р 13/26,29,09.65.ПИ Заказ илиал ППП Пате 4 747646 8 их ираж 1160 Подписное Ужгород, ул. Проектная, 4