Регулятор сварочного тока
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 9/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4235714/08 (22) 27.04.87 . (46) 07,01.93. Бюл. N 1 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Г.Л.Бенедиктов (73) Ленинградский электротехнический институт (56) Установка УДГ-301. Номенклатура сварочного оборудования. Л., з-д "Электрик", 1984.
Авторское свидетельство СССР
N 276289, кл. В 23 К 9/06, 1969.
Авторское свидетельство СССР
М 1296337, кл. В 23 К 9/00, 1985. (54) РЕГУЛЯТОР СВАРОЧНОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области сварки и предназначено, в частности, для сварки плавлением на переменном токе в автомаРегулятор 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 про-. мышленной 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
„„ Ы„„1787082 А3 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 первич- . ной обмоткой второго T. 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. 4 низких динамических свойств регулирую- Q) 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. фвзорегуяятор из двух встреч- )р» но-параллельно соединенных тиристоров, си- (А) стему управления фазой их включения и силовой трансформатор. 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
1787082
20
35
45
55 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 тока..
Недостатком 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 и 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 сопротивле30 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 устойчи1787082 вости 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.3 — диаграммы мгновенных значений токов и напряжсний на нагрузке, тока обратного диода.
Устройство содержит (фиг.1) источник 1 постоянноготока, положительный вывод которого связан с положительным выводом автономного инвертора 2 тока. Выводы переменного тока инвертора тока соединены в.первым трансформатором 3. К вторичной обмотке трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпрямитель 5. Отрицательный вывод источника 1 питания соединен с отрицательным выводом инвергора 6 напря. жения. Отрицательный вывод автономного инвертора 2 тока соединен с первым конденсатором 7, Выводы переменного тока инвертора 6 напряжения соединены с первичной.обмоткой второго трансформатора
8. Выводы вторичной обмотки трансформатора 8 соединены с выводами 9 регулятора.
К выводам постоянного тока инвертора 6 напряжения параллельно подключен второй конденсатор 10. Между первым конденсатором 7 и вторым конденсатором 10 включен диод 11.
На принцийиальной электрической схеме фиг.2 дополнительно обозначены коммутирующий конденсатор 12 инвертора тока, . дроссель 13 инвертора тока, дроссель 14 выпрямителя, дроссель 15 инвертора напряжения, обратные диоды 17 инвертора напряжения;
На диаграмме мгновенных значений фиг.3 обозначены кривая 18 напряжения на нагрузке при подключении инвертора к источнику напряжения бесконечной мощности, кривая 19 напряжения при ограниченном значении емкости 10, кривая 20 мгновенного значения тока, кривая 21 тока обратного диода.
Регулятор сварочного тока работает следующим образом, В режиме холостого хода автономный инвертор 2 тока и инвертор 6 напряжения имеют различные входные сопротивления.
Входное сопротивление инверторэ 2 тока имеет малое значение. Оно определяется уравнением
Кит = аХ c/(X c/Rï+Rï), 2 2 где Х вЂ” реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора 12 инвертора 2 то5 ка;
R> — сопротивление, определяемое потерями в конденсаторе 12 и потерями в магнитоп роводе трансформатора 3 ин вертора 2 тока;
10 а —. коэффициент, определяемый схемой инвертора тока, Очевидно, что при R< -+со сопротивление инвертара тока равно нулю. Сопротивление инвертора 6" напряжения имеет
15 большое значение. Оно определяется большими значениями сопротивления потерь холостого хода трансформатора 8. Таким образом, напряжение источника 1 постоянного тока практически полностью приложено
20 к инвертору 6 напряжения. Напряжение на сварочной нагрузке, подключенной к выводам 9 регулятора, в режиме холостого хода определяется коэффициентом трансформации трансформатора 8 и значением напря25 жения источника 1 постоянного тока, При появлении нагрузочного тока в сварочной . цепи увеличивается ток 1 в цепи постоянного тока инвертора 6 напряжения, диоде 11 инвертора 2 тока и источнике 1. С уменьше30 нием сопротивления сварочной нагрузки и увеличением тока 1 увеличивается падение напряжения на входном сопротивлении R 35 выпрямителе 5. В момент достижения током в сварочной- нагрузке критического значения напряжение на выходе выпрямителя 5 равно напряжению на входе инвертора 6 напряжения; Вентили выпрямителя 5 начи40 нают проводить ток. Инвертор 2 тока переходит в нагрузочный режим. С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 его входное сопротивление увеличивается. Увеличивается напряжение на выводах по45 стоянного тока инвертора 2 тока и уменьшается значение напряжения на выводах постоянного тока инвертора 6 напряжения, что приводит к уменьшению напряжения на выводах 9 регулятора. Дальнейшее умень50 шение сопротивления сварочного контура приводит к увеличению входного сопротивления инвертора тока, что обеспечивает крутопэдающий характер нагрузочной характеристики регулятора. В рабочем ре55 жиме напряжения на сварочной нагрузке и на входе инвертора напряжения в 3 — 4 раза меньше значений эгих напряжений режима холостого хода. Малые значения напряжения на сварочной нагрузке снижают вероятность повторного зажигания в полупериоды, име1787082 8 ющие 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.3, 19) увеличивается практически до тех пор, пока ток нагрузки (фиг.3, 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.3 коммутационный интервал условно растянут:, При рабочих частотах, на которых проводится сварка, коммутационный интервал имеет длительность значительно меньше половины периода напря>кения на нагрузке. Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки.нагрузочная ха- рактеристика 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 коэффи5 циент мощности и обеспечивает равномерную загрузку фаз. Его отличительной особенностью является высокая крутизна внешней характеристики; которая является естественной и не требует устройств управ10 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 изобретения Регулятор сварочного тока, содержа25 щий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономнбго инвертора тока, выводы переменного тока ко торого через первый трансформатор и 30 реактор подсоединены к входу переменного тока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен, с первой обкладкой первого конденсатора и отрицательным выводом инвертора напря35 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. отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены диод и второй конденсатор, при этом анод диода соединен с отрицательным: выводом автономного ин45 вертора. тока и положительным выводом выпрямителя, 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 1787082 l ! . i\ д I Составитель Г.Бенедиктов Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Редактор Заказ 263 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 1 1! !
