Регулятор сварочного тока

 

Изобретение относится к области сварки и предназначено, в частности, для сварки плавлением на переменном токе в автоматизированном электросварочном производстве Сущность изобретения: регулятор содержит источник постоянного тока (ИПТ). Положительный вывод ИПТ соединен с положительным выводом автономного инвертора тока (АИТ). Выводы переменного тока АИТ соединены с первым трансформатором . Вторичная обмотка первого трансформатора через реактор подключена к Регулятор 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 однофазный трансформатор промышленной частоты, дроссели насыщения в цепи сварочного тока и систему управления током подмагничивания дросселей насыщения. выпрямителю. Отрицательный вывод ИЛТ соединен с отрицательным выводом инвертора напряжения (ИН). Отрицательный вывод АИТ соединен с конденсатором и положительным выводом ИН. Другой вывод конденсатора соединен с отрицательным выводом ИПТ. Выводы переменного тока ИН соединены с первичной обмоткой второго трансформатора. Выводы вторичной обмотки второго трансформатора соединены с выводами регулятора. К выводам постоянного тока ИН подключен Делитель напряжения на резисторах, К средней точке делителя напряжения подключен первый диод (Д). Отрицательный вывод источника опорного напряжения соединен с отрицательным выводом ИН. Положительный вывод источника опорного напряжения соединен с анодом второго Д. Катод второго Д объединен с катодом первого Д и соединен с первым выводом преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ). Второй вывод ПНЧ соединен с отрицательным выводом ИН. Выход ПНЧ соединен с входом распределителя импульсов , выходы которого соединены с входами ; управления ИН.2 ил. Недостатком устройства являются большие масса и габариты, что не позволяет использовать его в автоматизированном сварочном производстве. Устройство не обеспечивает повторяемости заданного качества сварки из-за низких динамических свойств регулирующих элементов - дросселей насыщения, которые включены в цепь тока промышленной частоты, и их частотные свойства определяются этой низкой частотой. ел С 4 00 VI О 00 ы СА

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4238407/08 (22) 27.04.87 (46) 07.01.93, Бюл. М 1 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Г.Л.Бенедиктов (73) Ленинградский электротехнический институт (56) Авторское свидетельство СССР

М 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 автоматизированном электросварочном производстве. Сущность изобретения: регулятор содержит источник постоянного тока (ИПТ), Положительный вывод ИПТ соединен с положительным выводом автономного инвертора тока (АИТ). Выводы переменного тока

АИТ соединены с первым трансформатором. Вторичная обмотка первого трансформатора через реактор подключена к

Регулятор сварочного тока относится к области сварки и предназначен для сварки плавлением. Он может использоваться в автоматизированном электросварочном и роизводстве, в аргонодуговой сварке легких сплавов.

Известно устройство, для сварки, содержащее однофазный трансформатор промышленной частоты, дроссели насыщения в цепи сварочного тока и систему управления током подмагничивания дросселей насыщения.

„„5U„„1787083 АЗ

2 выпрямителю. Отрицательный вывод ИПТ соединен с отрицательным выводом инвертора напряжения (ИН). Отрицательный вывод АИТ соединен с конденсатором и положительным выводом ИН. Другой вывод конденсатора соединен -с отрицательным выводом ИПТ. Выводы переменного тока

ИН соединены с первичной обмоткой второго трансформатора. Выводы вторичной обмотки второго трансформатора соединены с выводами регулятора. К выводам постоянного тока ИН подключен Делитель напряжения на резисторах, К средней точке делителя напряжения подключен первый диод (Д). Отрицательный вывод источника опорного напряжения соединен с отрицательным выводом ИН. Положительный вывод источника опорного напряжения соединен с анодом второго Д, Катод второго Д объединен с катодом первого Д и соединен с первым выводом преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ). Второй вывод ПНЧ соединен с отрицательным выводом ИН.. Выход ПНЧ соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами управления ИН.2 ил.

Недостатком устройства являются большие масса и габариты, что не позволяет использовать его в автоматизированном сварочном производстве, Устройство не обеспечивает повторяемости заданного качества сварки из-за низких динамических свойств регулирующих элементов — дросселей насыщения, которые включены в цепь тока промышленной частоты, и их частотные свойства определяются этой низкой частотой.

1787083

10

20

35

50

Известно устройство для дуговой сварки на переменном токе, содержащее тиристорный фазорегулятор из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, систему управления фазой их включения и силовой однофазный трансформатор промышленной частоты.

Недостатками устройства являются плохое использование трансформатора изза прерывистого характера тока и низкие динамические 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, положительнь!й.вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которые 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 выпрямителя 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, что требует применения импульсного стабилизатора горения дуги. Из-за больших габаритов трансформатора, рассчитанного на работу при холостом ходе на промышленной частоте, возникают значительные вихревые токи, демпфирующие процесс нарастания напряжения на сварочной. нагрузке. Процесс зажигания дуги имеет вероятный характер и требуется значительная мощность импульсного генератора поджига для достижения высокой стабильности зажигания дуги.

Целью изобретения является расширение области применения регулятора.

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 объединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока и соединена с положительным выводом инвертора напряжения, при этом выводы переменного тока инвертора напряжения соединены с входом второго трансформатора, снабжен делителем напряжения на резисторах, первым и вторым диодами, источником опорного напряжения, преобразователем напряжения.в частоту и распределителем импульсов, при этом делитель напряжения на резисторах подключен параллельно к входным выводам инвертора напряжения, а средняя точка резисторов соединена с анодом первого диода, катод которого соединен с первым входом преобразователя- напряжения.в частоту, второй вход которого объединен с отрицательным выводом источника опорного напряжения и

25 соединен с отрицательным выводом инвертора напряжения, а положительный вывод источника опорного напряжения соединен с анодом второго диода,. катод которого соединен с первым входом преобразователя напряжения в частоту и катодом первого диода, а выход преобразователя напряжения в частоту соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами управления инвертора напряженйя, при этом положительный вывод выпрямителя соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока, а отрицательный вывод выпрямителя соединен с отрицательным выводом источника постоянного тока, выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора непосредственно.

Предлагаемое устройство содержит новое качество, заключающееся в том, что оно

45. имеет высокую устойчивость горения дуги и обеспечивает высокое качество сварки. Это достигается путем подключения инвертора напряжения к источнику постоянного тока через автономный инвертор тока. Инвертор напряжения через трансформатор питает сварочную нагрузку, причем значение токов в первичной цепи инвертора напряжения, сварочной нагрузке и цепи источника постоянного тока определяются входным сопротивлением автономного инвертора тока.

Само же входное сопротивление инвертора тока определяется параметрами инвертора, трансформатора, реактора и сопротивлением сварочной нагрузки, Входное сопротивление автономного инвертора тока

1787083 изменяется в значительно большей степени, чем сопротивление сварочной нагрузки (при увеличении сопротивления на выходе автономного инвертора тока в 2 раза его входное сопротивление уменьшается в 5 раз). Включение автономного инвертора тока в цепь питания позволяет стабилизировать ток в сварочной цепи при изменении сопротивления сварочной цепи, При малом значении сопротивления сварочной цепи на сварочной нагрузке обеспечивается малое значение напряжения, Увеличение устойчивости зажигания дуги обеспечивается за счет быстрого нарастания напряжения на дуговом промежутке — при обрыве сварочного тока. Это достигается путем уменьшения демпфирующего действия вихревых токов, возникающих в магнитопроводе и конструктивных элементах трансформатора. Скорость нарастания напряжения увеличивается за счет уменьшения размеров трансформатора, которнй работает при больших значениях напряжения на сварочной нагрузке при повышенной частоте, а при значениях напряжения рабочих режимов на частотах, близких к значениям промышленной частоты.. Введены делитель напряжения на резисторах, первый и второй диоды — источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту и распределитель импульсов, при этом делитель напряжения на резисторах подключен параллельно к входным выводам . инвертора напряжения, а средняя точка резисторов соединена с анодом первого диода, катод которого соединен с первым входом преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого объединен с отрицательным выводом источника опорного напряжения и соединен с отрицательным выводом инвертора напряжения, а положительный вывод источника опорного напряжения соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с первым входом преобразователя напряжения в частоту и катодом первого диода, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами управления инвертора напряжения, при этом положительный вывод выпрямителя соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока, а отрицательный вывод выпрямителя соединен с отрицательным выводом источника постоянного тока, выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора непосредственно. Обеспечивается повышение качества сварки путем повышения устойчивости roрения дуги и вследствие этого отличительные признаки являются существенными.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема регулятора сварочного

5 тока; на фиг.2 — диаграммы мгновенных значений напряжений и токов на сварочной на-, грузке.

Регулятор содержит (фиг,1) источник 1 постоянного тока, положительный вывод ко10 торого соединен с положительным выводом автономного инвертора 2 тока, Выводы переменного тока автономного инвертора 2 соединены с первым трансформатором 3. К вторичной обмотке трансформатора 3 через

15 реактор 4 подключен выпрямитель 5. Отрицательный вывод источника 1 питания соединен с отрицательным выводом инвертора

6 напряжения. Отрицательный вывод автономного инвертора 2 тока соединен с кон20 денсатором 7 и положительным выводом инвертора 6 напряжения. Другой вывод конденсатора 7 соединен с отрицательным выводом источника 1 постоянного тока.

Выводы переменного тока инвертора 6 на25 пряжения соединены с первичной обмоткой второго трансформатора 8. Выводы вторичной обмотки трансформатора 8 соединены с выводами 9 регулятора. К выводам постоянного тока инвертора 6 напряжения подклю30 чен делитель напряжения на резисторах 10, К средней точке делителя подключен первый диод11, Отрицательный вывод источника 12 опорного напряжения соединен с отрицательным выводом инвертора 6 напряжения.

35 Положительный вывод источника 12 опорного напряжения соединен с анодом второго диода 13, катод которого объединения с катодом первого диода 11 и соединен с первым выводом преобразователя 14 на40 пряжения в частоту. Второй вывод преобразователя 14 напряжения в частоту соединен

c отрицательным выводом инвертора б напряжения, Выход преобразователя 14 напряжения в частоту соединен с входом

45 распределителя 15 импульсов, выходы которого соединены с входами управления инвертора 6 напряжения. Диаграмма мгновенно значения напряжения 16 на выходе регулятора в рабочем режиме при максимальном со50 противлении сварочного контура, диаграмма тока 17 в этом режиме показаны на фиг,2 диаграмма напряжений 18 относится к режиму минимального сопротивления сварочной нагрузки. Диаграмма токов 19 имеет амплиту55 ду, близкую камплитудетока17, нодля режима минимального сопротивления сварочного контура.

Регулятор сварочного тока работает следующим образом.

1787083

В режиме холостого хода автономный инвертор 2 тока и инвертор 6 напряжения имеют различные входные сопротивления.

Выходное сопротивление инвертора 2 тока имеет малое значение 5

Кит = aXc /(Xc /Rn+Rn) где Х вЂ” реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора инвертора тока:

Rn — сопротивление, определяемое потерями в трансформаторе 3 инвертора 2 тока. а — коэффициент, определяемый схемой ление инвертора 6 напряжения имеет большое значение. Оно определяется большими значениями сопротивления потерь

20 холостого хода трансформатора 8. Таким образом, напряжение источника постоянного тока практически полностью приложено к инвертору 6 напряжения. Напряжение

16 на сварочной нагрузке, подключенной к выводам 9 регулятора, в режиме холостого хода определяется коэффициентом трансформации трансформатора. 8 и значением напряжения источника 1 постоянного тока.

При появлении нагрузочного тока в сварочной цепи увеличивается ток 4 в цени постоянного тока инвертора 6 напряжения, 30 инвертор 2 тока и источника 1 постоянного тока, С уменьшением сопротивления сварочной нагрузки и увеличением 4 увеличи- 35 вается падение напряжения на входном сопротивлении R> автономного инвертора

2 тока и увеличивается напряжение на трансформаторе 3 и выпрямителе 5. В мо.мент достижения током в сварочной нагруз- 40 ке критического значения напряженйе на выходе выпрямителя 5 равно напряжению на входе инвертора 6 напряжения. Вейтили выпрямителя 5 начинают проводить ток. Инвертор 2 тока переходит в нагрузочный ре- 45 жим, С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 его входное сопротивление увеличивается. Увеличивается напряжение на выводах постоянного тока инвертора 2 тока и уменьшается эначе- 50 ние напряжения на выводах постоянного тока инвертора 6 напряжения, что приводит. к уменьшению напряжения на выводах 9 регулятора. Дальнейшее уменьшение со55 противления сварочного контура приводит к увеличению входного сопротивления ин. вертора тока, что"обеспечивает крутопадающий характер нагрузочной характеристики регулятора, B рабочем режиме напряжения на сварочной нагрузке и на входе инвертора инвертора тока. 15

:Очевидно, что при йл-+о сопротивление инвертора тока равно нулю. Сопротив6 напряжения в 3 — 4 раза меньше значений этих напряжений в режиме холостого хода, .

Малые значения напряжения на сварочной нагрузке снижают вероятность повторного зажигания в полупериоды, имеющие отрицательное напряжение на изделии. Высокая вероятность повторного зажигания дуги после прохождения сварочного тока через нулевое значение обеспечивается высокой скоростью нарастания напряжения. На скорость нарастания напряжения влияют вихревые токи, возникающие в магнитопроводах и конструктивных элементах трансформатора, В предлагаемом устройстье трансформатор при больших значениях напряжения, характерных для режимов, близких к холостому ходу, работает на повышенных частотах {кривая 16), а.в рабочих режимах — на частоте; близкой к промышленной частоте. Это позволяет уменьшить габариты магнитопровода и всего трансформатора в 2,5-3 раза. Уменьшение габаритов трансформатора позволяет увеличить скорость нарастания напряжения и обеспечить высокую надежность работы регулятора. Введенный дели- тель напряжения на резисторах 10 при больших напряжениях на инверторе 6 обеспечивает через диод 11 подачу на преобразователь 14 напряжения в частоту большого значения напряжения. При большом напря-: жении на входе преобразователя 14 обеспечивается высокое значение частоты импульсов на входе распределителя 15 импульсов, что обеспечивает высокое значение частоты переключения тиристоров инвертора 6 напряжения. При уменьшении напряжения на входе инвертора 6 напряже- . ния уменьшается напряжение на входе преобразователя 14, уменьшается частота импульсов на входе распределителя 15 и уменьшается частота переключения тиристоров инвертора 6. Если значение напряжения на выходеделителя меньше. значения опорного напряжения на источнике 12, частота импульсов преобразователя 14 будет на постоянном уровне, В этом случае диод

11 закрыт, а диод 13 открыт. Постоянное напряжение с источника 12 обеспечивает постоянную частоту в рабочем режиме; . Таким образом, в режимах с большим сопротивлением трансформатор 8 работает на повышенных частотах, а при малых значениях сопротивления в сварочной нагрузке трансформатор работает на частотах, обес-. печивающих оптимальный режим сварки, Выполнение условия

Vlf = 4SNBm, где V — напряжение на трансформаторе;

1787083

f — частота;

S — сечение магнитопровода, N — число витков;

Bm — максимальное значение индукции трансформатора, позволяет уменьшить габариты трансформатора до 3 раз. Малые габариты сварочного трансформатора позволяют увеличить устойчивость повторного зажигания сварочной дуги.

Экспериментальная проверка показала, что габариты предлагаемого регулятора сварочного тока по сравнению с прототипом в 2-2,5 раза меньше. Предлагаемый регулятор позволяет использовать трехфазную сеть 380 В, 50 Гц для производства сварочных работ, что увеличивает коэффициент мощности и обеспечивает равномерную загрузку фаэ. Его отличительной особенностью является высокая крутизна нагрузочной характеристики, Регулирующим органом является автономный инвертор тока, работающий на повышенной частоте. Инвертор тока. обеспечивает высокие динамические характеристики. При работе автономного ин вертора на частоте 400-1000 Гц динамические характеристики предлагаемого регулятора в 5-10 раз выше, чем у трансформаторов с дросселями насыщения.

Формула изобретения

Регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен .с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через первый трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен.с пер8 вой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения, à BTQрая обкладка конденсатора объединена с отрицательным выводом автономного ин5 вертора тока и соединена с положительным выводом инвертора напряжения, при этом выводы переменного тока инвертора напряжения соединены с входом второго трансформатора, отличающийся тем, что, с

10 целью расширения области применения, он снабжен делителем напряжения из двух по-. следовательно соединенных резисторов, первым и вторым диодами, источником опорного напряжения, преобразователем

15 напряжения в частоту и распределителем импульсов, при этом делитель напряжения подключен параллельно к входным выводам инвертора напряжения, а точка соединения резисторов соединена с анодом первого ди20 ода, катод которого соединен с первым входом преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого объединен с отрицательным выводом источников опорного напряжения и соединен с отрицатель25 ным выводом инвертора напряжения, а положительный вывод источников опорного напряжения соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с первым входом преобразователя напряжения в частоту

30 и катодом первого диода, а выход преобразователя напряжения в частоту соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами управления инвертора напряжения, при этом положи35 тельный вывод выпрямителя соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока, выводом источника постоянного тока, а выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора.

1787083

Составитель Г.Бенедиктов

Техред М.Моргентал Корректор З,Салка

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

Заказ 263 Тираж Подпйсное

ВНИИПИ.Государственного комитета по изобретениям и.открытияьГпри ГКНТ СССР

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