Инверторный сварочный источник питания

 

Изобретение относится к статическим преобразователям электрической энергии может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током Целью изобретения является повышение КПД сварочного источника. Источник содержит выпрямитель напряжения промышленной сети, к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состоящий из двух последовательно включенных конденсаторов , и полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор с обратными диодами. Источник дополнительно снабжен электронным реле тока, двумя узлами транзисторных коммутаторов RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двумя схемами двумя формирователями импульсов. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с постоянной паузой между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура. Изобретение позволяет повысить КПД источника питания за счет повышения коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обесточения автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ IF CKVIX

РЕСГ1УБЛИК (5i)5 В 23 К 9/10

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПЬ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ КНТ СССР Меам

®М7а- РУ11;-.-, °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1530367 (21) 4686671/27 (22) 06.05.89 (46) 30.10,91. Бюл, N 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт технологии электрических машин малой мощности и Московский энергетиЧеский институт (72) Н, Н. Богданов и..Т. И:Квезерели (53) 621,791,75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1530367, кл, В 23 К 9/10, 1987, (54) MHBFPTOPHblVI СВАРОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к статическим преобразователям электрической энергии может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током. Целью изобретения является повышение КПД сварочного источника, Источник содержит выпрямитель напряжения промышленной

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током.

Целью изобретения является повышение КПД сварочного источника эа счет повышения коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обеспечения автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в рес жиме холостого хода.

На фиг,1 изображена структурная схема инверторного сварочного источника питания; на фиг.2 — временная диаграмма тока в

„, SU „„1687395 А2 сети, к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состоящий из двух последовательно включенных конденсаторов, и полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор с обратными диодами, Источник дополнительно снабжен электронным реле тока, двумя узлами транзисторных коммутаторов

RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двумя схемами двумя формирователями импульсов.

Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с постоянной паузой между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура.

Изобретение позволяет повысить КПД источника питания за счет повышения коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обесточения автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода. 2 ил. колебательной цепи инвертора и диаграммы напряжений на элементах схемы управления узлов транзисторных коммутаторов, причем на диаграммах первые два колебательных цикла работы инвертора соответствуют работе сварочного источника в режиме сварки, а последующие два — в режиме холостого хода.

Инверторный сварочный источник питания содержит выпрямитель 1 напряжения промышленной сети (см, фиг,1), к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состоящий иэ двух последовательно включенных конденсаторов 2 и 3, и полумостовой тиристорный последователь1687395 ный резонансный инвертор 4 с обратными диодами, состоящий из тиристоров 5, 6, обратных диодов 7, 8 и последовательного коммутирующего колебательного контура 9.

Один конец последовательного коммутирующего колебательного контура соединен с общей точкой тиристоров 5 и 6 инвертора 4, а другой — с общей точкой первичной и дополнительной обмоток трансформатора 10, включенных между собой последовательно в согласном направлении. Причем второй конец первичной обмотки трансформатора 10 подключен к общей точке конденсатора 2 и 3 накопительного конденсатора, а второй конец дополнительной обмотки трансформатора 10 через свою пару обратных диодов 11 и 12 соответственно соединен с положительным и отрицательным выходами выпрямителя напряжения промышленной сети.

Вторичная обмотка трансформатора 10, выполненная с выводом от средней точки и двумя симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, через двухполупериодный выпрямитель 13 сварочного тока подключена к батарее конденсаторов 14 и через реактор 15 — к нагрузке

16. При этом выход выпрямителя напряжения промышленной сети соединен с входом обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17, а выходы последнего подключены к соответствующим управляющим электродам тиристоров 5 и 6 инвертора 4, к входам схемы ИЛИ 18 и соответственно к S u R-входам RS-триггера 19, Q u Q-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам схем И 20 и 21.

Выход схемы ИЛИ 18 через формирователь

22 задержанного импульса подключен к вторым входам схем И 20 и 21, к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока 23. Последнее подключено между общей точкой тиристоров 5, 6 и общей точкой обратных диодов

7, 8 инвертора 4.

Выходы схем И 20 и 21 через свои формирователи импульсов 24 и 25 соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27, выход каждого из которых подключен между общей точкой диодов выпрямителя 13 сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора 10.

На диаграмме 28 (см. фиг.2) представлено изменение тока первичной обмотки трансформатора 10, на диаграммах 29, 30 и

31 — напряжения на выходах схемы ИЛИ 18, формирователя 22 задержанного импульса и электронного реле тока 23 соответственно, на диаграммах 32 и 33 — соответственно

5

45 напряжения на выходах формирователей импульсов 24 и 25.

Инверторный сварочный источник питания работает следующим образом.

При подключении источника питания к сети и поочередной подачи коротких управляющих импульсов с блока управления инвертором 17 на тиристоры 5 и 6 инвертора

4 по первичной обмотке трансформатора 10 потечет переменный ток, обусловленный колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). В связи с тем, что поток рассеяния трансформатора

10 минимален, а емкость конденсаторов 2 и

3 и емкость батареи конденсаторов 14 намного больше емкости конденсатора коммутирующего колебательного контура 9, то колебательный процесс практически определяется только параметрами колебательного контура.

Следовательно, собственная резонансная частота колебательной цепи fo = I/Т и ее добротность постоянны. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с постоянной паузой t> между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). Величина паузы t> определяется частотой следования управляющих импульсов блока управления инвертором 17, заданной внутренним генератором последнего (на чертеже не показан), После нескольких циклов колебательного процесса по мере заряда практически постоянным по средней величине током напряжение на батарее конденсаторов 14 возрастает до уровня зажигания дуги на нагрузке 16, и если при это дуговой промежуток ионизирован, например осциллятором (на чертеже не показам), то дуга зажигается и по цепи нагрузки, через реактор-ограничитель тока 15 протекает ток сварки, вследствие чего дальнейший заряд конденсаторной батареи 14 прекращается, а напряжение на ней определяется падением напряжения на дуговом промежутке нагрузки 16.

В режиме сварки амплитуда суммарного напряжения на первичной и дополнительной обмотках трансформатора 10 меньше, чем равные между собой напряжения на каждом из конденсаторов 2 и 3. из-эа чего обратные диоды 11 и 12 остаются запертыми и в работе не участвуют, при этом установившийся средний ток сварки практически стабилен, мало зависит от величины напряжения на дуге нагрузки 16 и определяется лишь величиной паузы11 между колебательными циклами инвертора (фиг,2) и

1687395

50 ходит в режим сварки, 55 напряжением на выходе выпрямителя напряжения промышленной сети 1 (фиг.1).

В процессе работы короткие управляющие импульсы с блока управления инвертором 17 поочередно поступают также на S u

R-входы RS-триггера 19 и на входы схемы

ИЛИ 18, Под воздействием укаэанных импульсов RS-триггер 19 каждый раз перебрасывается, разрешая тем самым прохождение сигналов через схемы И 20 или 21. Одновременно при прохождении управляющих импульсов через схему ИЛИ 18 формирователем задержанного импульса

22 они задерживаются на время tz, несколько большее, чем половина периода собственной резонансной частоты колебательной цепи инвертора 4 t2 > То/2.

Однако через схемы И 20 и 21 задержанные импульсы не проходят, так как при каждом прохождении тока обратной полуволны коммутирующего колебательного контура 9 через обратные диоды 7 и 8 инвертора 4 на инверсном выходе электронного реле тока

23 появляется сигнал "0" (фиг.2), поступающий на третьи входы схем И 20 и 21.

Следовательно, в процессе сварки формирователи импульсов 24 и 25 не срабатывают, в связи с чем узлы транзисторных коммутаторов 26 и 27 в работе не участвуют.

Если при включении источника питания сварочная дуга на нагрузке 16 не зажигается или в процессе сварки она оборвалась, то процесс заряда батарей конденсаторов

14 продолжается, и в момент, когда напряжение заряда на ней становится несколько больше, чем напряжение горения дуги, максимальное напряжение на конденсаторе коммутирующего колебательного контура 9 становится меньше того уровня, при котором обратные диоды 7 или 8 инвертора 4 еще включаются и происходит коммутация тиристоров 5 и 6.

Начиная с этого момента, непосредственно после тиристорной полуволны тока коммутирующего колебательного контура 9, например тиристора 5, электронное реле тока 23 больше не срабатывает и на его выходе присутствует сигнал "1" (см. фиг,2, вследствие чего задержанный импульс с диода формирователя задержанного импульса 22 в зависимости от состояния

RS-триггера 19 проходит через схему И 20 на вход формирователя импульсов 24. Последний на своем выходе формирует прямоугольный импульс длительностью достаточной для восстановления запирающих свойств тиристора 5 инвертора 4, Этот импульс, усиливаясь в узле транзисторного коммутатора 26, открывает в составе по5

40 следнего силовой выходной транзисторный ключ (на чертеже не показан). под действием которого напряжение заряда батареи конденсаторов 14 прикладывается между средней точкой вторичной обмотки трансформатора 10 и его соответствующей отпайкой, расположение которой на вторичной обмотке рассчитано с учетом компенсации суммарного падения напряжения на диоде выпрямителя напряжения сварочного тока

13 в прямом направлении и на открытом выходном транзисторном ключе узла транзисторного коммутатора 26.

Суммарное напряжение на первичной обмотке трансформатора 10 и на ко>:денсаторе коммутирующего колебательного контура 9 становится больше, чем напряжение на каждом из конденсаторов 2 и 3, благодаря чему обратнынй диод 7 начинает пропускать ток и в течение импульса, выработанного формирователем импульсов

24, происходит коммутация тиристора 5, Далее при последующем отпирании тиристора

6 инвертора 4 процессы в схеме повторяются в той же последовательности как и ранее, с той лишь разницей, что в работе теперь участвует схемы И 21, формирователь импульсов

25 и узел транзисторного коммутатора 27.

Таким образом, происходит дальнейший заряд батареи конденсаторов 14 до напряжения холостого хода, при котором суммарное напряжение на первичной и дополнительной обмотках трансформатора 10 становится больше, чем напряжение на каждом иэ конденсаторов 2 и 3, благодаря чему в зависимости от изменяющейся полярности этого напряжения обратные диоды 11 и

12 поочередно пропускают ток рекуперации, возвращая всю энергию, потребляемую инвертором 4 (за исключением энергии потерь в паразитных сопротивлениях схемы), в конденсаторы 2 и 3. При зажигании дуги на нагрузке 16 в этом режиме напряжение на батарее конденсаторов 14 падает до уровня напряжения дуги, ток рекуперации обратных диодов 11 и 12 падает до нуля. при срабатывании электронного реле тока 23 прекращается работа узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27 и источник питания с режима холостого хода автоматически переПри колебаниях напря:кения питающей сети пропорционально повышается или понижается напряжение на входе обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17, в зависимости от чего соответственно понижается или повышается частота управляющих импульсов на выходе последнего, что увеличивает или уменьшает

1687395 время паузы (фиг.2) между соседними колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9, поддерживая тем самым, постоянным среднее значение тока сварки, 5

Предлагаемый источник питания при стабильном установленном токе сварки, не зависящем от параметров нагрузки, практически полной симметричной загрузке сила- 10 вых элементов схемы и высокой надежности работы отличается повышенным КПД за счет способности работы при более высоком коэффициенте трансформации понижающего трансформатора инвертора, что при 15 заданном токе сварки уменьшает потребляемую от первичного источника питания мощность, Это обстоятельство позволяет использовать в цепях сетевого выпрямителя и инвертора силовые полупровод- 20 никовые элементы с более низкой нагрузочной способностью по току, а также уменьшить емкость элементов конденсаторного оборудования, что улучшает массогабаритные показатели 25 сварочного источника и снижает его себестоимость, С другой стороны, улучшается устойчивость работы инвертора в переходных режимах работы, в которых автоматически контролируется и при не- 30 обходимости осуществляется процесс коммутации тиристоров инвертора, Формула изобретения

Инверторный сварочный источник питания по авт.св, М 1530367, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД, он дополнительно снабжен электронным реле тока, двумя узлами транзисторных коммутаторов, RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двумя схемами И и двумя формирователями импульсов, причем вторичная обмотка трансформатора выполнена с двумя, симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, выходы блока управления инвертором дополнительно подключены к входам схемы ИЛИ и к S u

R-входам Rs-триггера, 0 и 0-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам первой и второй схемы И, причем выход схемы ИЛИ через формирователь задержанного импульса подключен к вторым входам схем И, и к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока, подключенного между общей точкой тиристоров и общей точкой обратных диодов инвертора, при этом выходы первой и второй схемы И через свои формирователи импульсов соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов, выход каждого из которых подключен между общей точкой диодов выпрямителя сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора, 1687395

28

Составитель В.Ганюшин

Редактор Л.Народная Техред М,Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 3667 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101