Источник электроэнергии для сварки и способ формирования множества разнесенных во времени сигналов для использования в этом источнике (варианты)

 

Использование: электротехника. Сущность: источник электроэнергии и способ формирования сигналов в нем для дуговой сварки с приводом от двигателя внутреннего сгорания, многофазным силовым генератором переменного тока, выпрямленного полупроводниковым управляемым выпрямителем, использующий единственную обмотку синхронизации в генераторе, обеспечивающую формирование сигналов для цифрового преобразователя в генераторе, обеспечивающую формирование сигналов для цифрового преобразователя синхронизации, который подавляет помехи для большей части длительности периодов генератора. Схема синхронизации исключает возможность формирования ложных сигналов синхронизации. 8 с. и 38 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к источникам энергии для сварки с приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и, в частности, к источникам энергии постоянного тока для сварки, использующим многофазный генератор переменного тока с приводом от ДВС, обеспечивающий ток для схемы многофазного тиристорного выпрямителя.

Сварочные операции часто осуществляются на строительных площадках и иных удаленных местах, требующих автономного снабжения электроэнергией. В таких случаях обычно используется бензиновый или дизельный двигатель в качестве первичного источника движения для привода генератора переменного тока или генератора, который обеспечивает энергию для сварки. При одном из видов электроснабжения используется бензиновый или дизельный двигатель для привода трехфазного генератора индукционного типа, формирующего на выходе трехфазный переменный ток. Трехфазный переменный ток является стандартной формой для передачи энергии, при которой переменный ток частотой 50 или 60 Гц подается на три провода и иногда имеется нейтральный провод. Трехфазная энергия создается вращающимся магнитным полем в генераторе, обуславливающим протекание тока в стационарных обмотках, соединенных с образованием трех фаз. Три фазы сдвинуты одна относительно другой на 120^o и обычно обозначены как фазы A, B и C. Сдвиг по фазе на 120^o означает, что фаза B отстает на одну треть периода от фазы A, а фаза C отстает на одну треть периода от фазы B. Порядок фаз определяется направлением вращения магнитного поля, которое в свою очередь определяется направлением вращения ведущего первичного двигателя.

Известен источник электроэнергии для сварки, содержащей вал привода, связанный с ним многофазный генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами многофазного генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, а также известен используемый в этом источнике способ формирования множества разнесенных во времени сигналов для управления преобразователем переменного тока в постоянный, включенного на выходе многофазного генератора переменного тока.

Управление тиристорами в схеме выпрямителя требует синхронизации отпирающего сигнала с периодами напряжения генератора, которое является входным для тиристорного мостового выпрямителя. Это может вызвать затруднения, потому что само отпирание тиристоров, работа сварочного аппарата и других элементов системы сопровождается выбросами, помехами и ошибочными переключениями, что вносит искажения в сигнал, который в идеальном случае должен представлять собой плавное синусоидальное колебание на входе тиристора.

Описанные выше выбросы, помехи, ошибочные переключения и другие проблемы требуют предварительного формирования сигнала синхронизации, чтобы исключить ошибочное синхронизирование и рассогласование фаз. Синхронизация может быть обеспечена путем выработки сигнала синхронизации с силовых выходов самого генератора. Использование одной выделенной обмотки синхронизации в генераторе для каждой фазы связано с дополнительными затратами, так как требуются три обмотки синхронизации для трехфазного электропитания. При этом также требуется предварительное преобразование выходного сигнала, полученного из обмоток синхронизации, потому что выбросы, помехи, ошибочные переключения, обусловленные в силовых линиях работой тиристоров, вводятся в магнитное поле в генераторе через выходные силовые обмотки генератора. Эти аномалии затем воспринимаются обмотками синхронизации. Таким образом, помимо затрат на обмотку синхронизации для каждой фазы требуются также затраты на схемы преобразования сигнала для каждой из трех фаз.

Задачей изобретения является создание источника электроэнергии для сварки и способа формирования множества разнесенных по времени сигналов для использования в этом источнике, обеспечивающих экономичность изготовления, повышение надежности функционирования и относительную невосприимчивость к помехам, пикам и ошибочным переключениям.

Указанный технический результат достигается тем, что в источнике электроэнергии для сварки, содержащем вал привода, связанный с ним многофазный генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами многофазного генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, согласно изобретению, преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n-тиристорах, где n целое число и n ≥ 2, введены обмотка синхронизации, однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся двухполюсным, таким образом, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена с входом однополупериодного выпрямителя, выход которого через средства растягивания сигнала соединения с входом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, цифровой процессор соединен входом синхронизации с выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, а выходом с входами цепей управления тиристоров и обеспечивает регулирование сварочного тока изменением момент формирования сигналов отпирания тиристоров.

Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что во втором варианте источника электроэнергии для сварки, содержащего вал привода, связанный с ним генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами, для подключения нагрузки, согласно изобретению, преобразователь переменного тока в постоянный выполнен по крайней мере на одном тиристоре, введены обмотка синхронизации, однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в генераторе переменного тока, являющемся многополюсным, таким образом, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в генераторе переменного тока, и соединена со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого через средства растягивания сигнала соединен со входом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, цифровой процессор соединен входом синхронизации с выходом формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, а выходом со входами цепей управления тиристоров и обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигнала отпирания тиристоров.

В первом и втором вариантах выполнения источника электроэнергии средства растягивания сигнала могут содержать накопительную емкость и резистор, подключенные параллельно выходу однополупериодного выпрямителя, а формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала может содержать транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом со входом логического элемента И-НЕ, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала. При этом средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода, а между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения, выполненный, например, на двух резисторах.

Указанный технический результат достигается также тем, что в способе формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания тиристоров преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход многофазного генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, в соответствии с изобретением на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует полному обороту вращающегося магнитного поля, выпрямляют полученный периодический сигнал однополупериодным выпрямителем, растягивают длительность части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала, из полученного периодического однополярного растянутого сигнала формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого со второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы, отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения со второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

Кроме того, технический результат достигается тем, что во втором варианте указанного способа согласно изобретению на обмотке синхронизации, расположенной в генераторе переменного тока формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля с периодом, соответствующим части полного оборота вращающегося магнитного поля, выпрямляют полученный периодический сигнал однополупериодным выпрямителем, растягивают длительности части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала, из полученного периодического однополярного растянутого сигнала формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого со второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют по крайней мере один сигнал отпирания тиристора с задержкой времени относительно момента переключения со второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

При этом как в первом, так и во втором вариантах способа удерживают периодический однополярный двухуровневый сигнал на первом уровне в течение большей части каждого периода, например, в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

Указанный технический результат достигается также тем, что в третьем варианте упомянутого источника электроэнергии для сварки, согласно изобретению преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n тиристорах, где n целое и n≥2, введены обмотка синхронизации, детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся двухполюсным, таким образом, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена со входом детектора изменения полярности напряжения в заданном направлении, выход которого соединен со входом синхронизации цифрового процессора, выход которого соединен со входами цепей управления тиристоров, при этом детектор измерения полярности напряжения в заданном направлен или предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, а цифровой процессор обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигналов отпирания тиристора.

А также технический результат достигается тем, что в четвертом варианте источника электроэнергии для сварки, согласно изобретению, преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n тиристорах, где n целое и n≥2, введены обмотка синхронизации, детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся многополюсным, таким образом, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена со входом детектора изменения полярности напряжения в заданном направлении, выход которого соединен со входом синхронизации цифрового процессора, выход которого соединен со входами цепей управления тиристоров, при этом детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, а цифровой процессор обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигналов отпирания тиристоров.

При этом как в третьем, так и в четвертом варианте источника электроэнергии детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, длительность первого уровня которого составляет большую часть его периода, причем упомянутый детектор изменения полярности напряжения в заданном напряжении может содержать соединенные последовательно однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала.

Средства растягивания сигнала могут содержать накопительную емкость и резистор, подключенные параллельно выводу однополупериодного выпрямителя, а формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала может содержать транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом со входом логического элемента И-НЕ, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала. При этом средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода, а между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения, выполненный, например, на двух резисторах.

Вышеуказанный технический результат достигается, кроме того, тем, что в третьем варианте способа формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания тиристоров преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход многофазного генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, согласно изобретению на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока, формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует полному обороту вращающегося магнитного поля, детектируют момент изменения полярности напряжения в заданном направлении упомянутого периодического сигнала, формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого со второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения со второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

И, наконец, вышеуказанный технический результат достигается тем, что в четвертом варианте упомянутого способа в соответствии с изобретением, на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока, формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует части полного оборота вращающегося магнитного поля, детектируют момент изменения полярности напряжения в заданном направлении упомянутого периодического сигнала и формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого со второго уровня не первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения со второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

При этом как в третьем, так и в четвертом, вариантах способа формирование периодического однополярного двухуровневого сигнала осуществляют путем выпрямления периодического сигнала однополупериодным выпрямителем, растягивания дительности части отличной от нуля полученного периодического однополярного сигнала и формированием из полученного периодического однополярного растянутого сигнала упомянутого периодического однополярного двухуровневого сигнала. Причем периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение большей части каждого периода, например в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема в основном в форме блоков, сварочного аппарата с приводом от ДВС, включающего генератор переменного тока, выпрямитель и схему управления; на фиг.2 схема силовых и считывающей обмоток в генераторе, показанном на фиг; на фиг. 3 схема цифрового преобразователя сигнала синхронизации, показанного на фиг.1; на фиг. 4 возможная форма напряжения на выходных выводах обмотки синхронизации, показанной на фиг. 2, поступающего на вход схемы, представленной на фиг. 3; на фиг. 5 формы напряжения в различных точках схемы, представленной на фиг. 3.

На чертежах, иллюстрирующих предпочтительный вариант выполнения изобретения без каких-либо его ограничений, фиг. 1 иллюстрирует источник электроэнергии для дуговой сварки, в котором двигатель 10 соединен посредством вала 12 с генератором переменного тока 14. Генератор 14 трехфазный, индукционного типа, бесщеточный генератор переменного тока, имеющий трехфазный силовой выход 16 для сварки, однофазный дополнительный силовой выход 18 и однофазный выход синхронизации 20 (синхровыход). Дополнительный силовой выход 18 обеспечивает электроэнергию напряжением 120 или 240 B с частотой 60 и 50 Гц в зависимости от требований рынка или потребностей покупателя. Частоту дополнительного силового выхода поддерживают близкой к 50 или 60 Гц путем регулирования скорости вращения двигателя, что является общепринятым. Это позволяет оператору использовать дополнительный силовой выход 18 для приведения в действие инструмента с электроприводом и тому подобного, что требует обычной частоты переменного тока. Такое обеспечение дополнительного силового выхода, имеющего вышеуказанные характеристики, является общепринятым.

Трехфазный силовой выход для сварки соответствует трем силовым линиям 22A, 22B, 22C. Три фазы обычно обозначают как фаза A, фаза B и фаза C, полагая фазу A первой, фазу B, отстающей от фазы A на 120^o, и фазу C, отстающей на 120^o от фазы B. Это общепринятая симметричная система питания. Трехфазная электроэнергия, передаваемая по линиям 22A, 22B, 22C прикладывается к тиристорному мостовому выпрямителю 30. На практике ротор генератора 14 имеет короткозамкнутую обмотку ("беличья клетка"), а между линиями 22A, 22B, 22C включены конденсаторы для возбуждения роторной обмотки.

Мостовой выпрямитель 30 состоит из трех полупроводниковых управляемых выпрямителей (ПУВ) 31, 33, 35 и тех диодов 32, 34, 36. Каждый ПУВ имеет управляющий вход, используемый для включения ПУВ и перевода его в состояние проводимости. ПУВы и диоды включены по обычной схеме мостового полупроводникового преобразователя, причем каждый ПУВ или диод получает энергию от одной из трехфазных силовых линий и соединен либо с выходной силовой линией постоянного тока для сварки 40, либо с линией заземления 42. Могут быть использованы фильтрующие элементы, такие как катушки индуктивности и/или конденсаторы, как это общепринято. Такая мостовая схема с ПУВ хорошо известна и широко используется в промышленности. Кроме того, могут быть использованы и другие варианты, например, использующие шесть ПУВ.

Силовой выход 40 постоянного тока для сварки соединен со сварочным электродом 41, а заземление постоянного тока 42 соединено с обрабатываемой деталью 43. Конечно, полярности электрода и обрабатываемой детали могут быть заменены на обратные. Между упомянутой парой формируется дуга 44, обеспечивающая их электрическое соединение. Ток дуги измеряют шунтом 46 считывания тока. Информация об амплитуде тока формируется и передается в схему цифрового процессора 130. В предпочтительном варианте для измерения тока использован шунт, но может быть использована и обмотка.

ПУВ 31, 33, 35 требуют использования сигналов отпирания. Эти сигналы отпирания прикладываются к управляющему входу каждого ПУВ и определяют интервал проводимости каждого ПУВ. Путем надлежащего управления сигнала отпирания регулируют выходной ток и напряжение мостового выпрямителя 30. Однако сигналы отпирания должны быть точно синхронизированы с мощностью переменного тока, приложенной к ПУВ посредством линий 22A, 22B, 22C>.

На фиг. 2 представлена схема обмоток в генераторе 14. Как обычно, трехфазное взаимное соединение обмоток 22A, 22B, 22C обеспечивает получение трехфазной мощности для сварки, когда вал в генераторе вращается для создания вращающегося магнитного поля. Обмотки выполнены общепринятым способом, чтобы получить три фазы со сдвигом на 120^o одна относительно другой. Точки соединения дополнительных обмоток AUX B, AUX N и AUX C обычно обеспечивают либо 120 B между AUX N и AUX B, а также между AUX N и AUX C, либо 240 B между AUX B и AUX C. Обмотки не обязательно должны обеспечивать две фазы трехфазной мощности. Такое обеспечение дополнительной мощности является общеизвестным.

Единственная обмотка между точками SYNC A и SYNC N обеспечивает однофазный выход переменного тока на линии синхронизации генератора. Эта обмотка может быть из проволоки малого диаметра, так как она обеспечивает только считывание информации и мощность для схемы управления, с которой она соединена. Кроме того, поскольку она представляет единственную фазу, она может быть намотана в зазоре, оставленном незаполненным в дополнительной обмотке. При этом требуется минимальный зазор. Однофазная синхрообмотка обеспечивает переменное синусоидальное напряжение, определенным образом связанное во времени с вращающимся магнитным полем в генераторе. Вращающееся магнитное поле также возбуждает ток в выводах обмоток 22A, 22B, 22C. Синусоидальный синхросигнал будет определенным образом связан во времени с фазированием трехфазной мощности, подаваемой на управляемый мостовой выпрямитель 30. Синусоидальный синхросигнал будет опережать или отставать от каждого из синусоидальных сигналов в силовых линиях на фиксированный интервал времени, пока вал двигателя генератора вращается с постоянной скоростью. Даже если скорость двигателя 10 слегка изменится, сигнал линий синхронизации SYNC A и SYNC N будет нести точную информацию о фазировании всех трех силовый линий 22A, 22B, 22C, что обусловлено инерционностью и медленным изменением механических свойств вращения двигателя и генератора по сравнению с частотой электроэнергии 60 Гц.

Частота синхросигнала определенным образом связана с частотой вращения ротора генератора. Для двухполюсной машины частоты будут одинаковыми. Для четырехполюсной машины частота синхросигнала будет равна удвоенной частоте вращения ротора.

Единственный синхросигнал, сформированный на SYNC A и SYNC N, поступает на цифровой преобразователь синхросигнала 50 (фиг.1). Выходной сигнал 52 обмотки синхронизации показан на фиг. 4. Сигнал в принципе синусоидальный, имеет положительные полупериоды 54 и отрицательные полупериоды 56. Он будет иметь нерегулярности формы, обусловленные включением тиристоров и другими причинами. Переходы между положительными и отрицательными полупериодами, пересечения нуля, являются особенно важными при считывании. Для представленной на чертеже формы колебаний переходы через нулевой уровень 58 в отрицательную область относительно чистые, а переходы через нулевой уровень 65 в положительную область сопровождаются помехами. Каждый такой переход через нулевой уровень 65 включает ложный выброс 62 в положительной полярности, за которым следует ложный выброс 64 в отрицательной полярности и второй переход через нулевой уровень 66 в положительную область. Эта форма напряжения в схемах выпрямителя с приводом от ДВС может быть обусловлена пиками в силовых линиях из-за запусков ПУВ. Такие пики передаются назад к генератору по линиям 22A, 22B, 22C и возбуждают магнитное поле, которое считывается измерительной системой. В некоторых случаях такие пики приходятся на область перехода через нулевой уровень (как показано), вызывая значительные проблемы для схем управления. Ложный переход через нулевой уровень может произойти фактически в любой момент в выходном сигнале обмотки синхронизации. Изобретение преодолевает проблемы, связанные с этими пиками и выбросами, путем эффективного подавления их в схеме цифрового преобразования.

Как показано на фиг. 3, выходной сигнал обмотки синхронизации 52 поступает на выпрямительный диод 70, который блокирует отрицательные полупериоды 56 и пропускает положительные полупериоды 54. Положительные полупериоды передаются к конденсатору 72 и резистору 74, которые формируют растянутый сигнал 76 полупериодов (фиг.5). Конденсатор 72 заряжается в течение полупериода и медленно разряжается через резистор 74, приводя в результате к растяжению исходного сигнала. Растянутый сигнал 76 полупериодов проходит через резистор 78 с относительно малым номиналом сопротивления и поступает на делитель напряжения, состоящий из резисторов 80, 82. Стабилитрон 84 фиксирует максимальное напряжение растянутого сигнала 76 полупериодов на приемлемом уровне, формируя ограниченный растянутый сигнал 90 полупериодов, и защищает остальную часть схемы цифрового преобразователя 50 синхросигнала. Ограниченный растянутый сигнал 90 полупериодов поступает на базу n-p-n транзистора 86. Напряжение положительной полярности в начале растянутого сигнала 76 полупериодов отпирает транзистор, обеспечивая протекание тока через транзистор на землю. Резистор 82 гарантирует, что транзистор 86 будет заперт на базе напряжением смещения в течение этих интервалов времени.

Два резистора 92, 94 индивидуально соединены с двумя входами 93, 95 двухвходового логического элемента И-НЕ 96. Резисторы 92, 94 также соединены с источником питания напряжением 5B. Два входа 93, 95 логического элемента И-НЕ поэтому нормально высокого уровня, а выход логического элемента И-НЕ - нормально нулевого уровня. Коллектор транзистора 86 соединен с одним из входов логического элемента И-НЕ 96. Когда к базе транзистора 86 приложено положительное напряжение, как описано выше, транзистор открывается и на одном входе 95 логического элемента И-НЕ устанавливается низкий уровень, что обуславливает переход выхода логического элемента И-НЕ на высокий логический уровень.

Как показано на фиг. 5, начало положительного полупериода 54 выходного сигнала 52 обмотки синхронизации инициирует импульс положительной полярности растянутого сигнала 76 полупериодов и ограниченного сигнала 90. Транзистор 86 отпирается, в результате напряжение одного из входов 95 логического элемента И-НЕ 96 становится приблизительно равным 0 В (земля). Входной сигнал 98 элемента И-НЕ показан на фиг. 5. Этот сигнал удерживается на нулевом уровне на протяжении почти всей части положительной полярности ограниченного растянутого сигнала 90. Когда уровень ограниченного растянутого сигнала 90 полупериодов падает ниже величины, необходимой для отпирания транзистора, транзистор прекращает проводить ток и сигнал на входе элемента И-НЕ возвращается к уровню 5 В в точке 100. Благодаря плавному изменению напряжения, приложенного к базе транзистора в этой точке периода, транзистор проходит через активную зону, вызывая медленное возрастание сигнала 98 в точке 100. Выходной сигнал 102 элемента И-НЕ (фиг. 5) является инверсным входному сигналу и характеризуется более острыми переходами. Как следует из фиг. 5, когда входной сигнал элемента И-НЕ переходит на высокий уровень, выходной сигнал 102 осуществляет быстрый переход на низкий уровень 104. Когда входной сигнал элемента И-НЕ переходит на низкий уровень, в выходном сигнале осуществляется быстрый и чистый переход на высокий уровень 106.

Когда выходной сигнал 52 обмотки синхронизации сначала переходит на высокий уровень, положительное напряжение поступает на базу транзистора, который отпирается. Напряжение на коллекторе транзистора, которое является входным сигналом 98 элемента И-НЕ, сразу же становится потенциалом земли в точке 108. Это приводит в результате к тому, что выходной сигнал 102 элемента И-НЕ немедленно переходит на высокий уровень, что реализуется весьма "острым" переходом 106. Этот выходной сигнал проходит через ограничительный резистор 110, отфильтровывается конденсатором 112 и поступает по линии 114 на схему цифрового процессора 130. Переход 106 в положительную область может быть использован в качестве синхросигнала для цифрового процессора.

Так как диод 70 пропускает только напряжение положительной полярности, даже небольшой исходный сигнал положительной полярности будет заряжать конденсатор 72 в достаточной степени, чтобы удерживать транзистор 86 в проводящем состоянии. Пики напряжения отрицательной полярности блокируются диодом 70. В течение положительного полупериода 54 заряд на конденсаторе 72 увеличивается. Напряжение достигает максимума примерно в тот же момент вращения, что и максимум положительного полупериода времени 54 на выходном сигнале обмотки синхронизации 52. Из-за того, что заряд конденсатора может только медленно разряжаться через нагрузочный резистор 74, транзистор удерживается в проводящем состоянии.

Пики и другие выбросы отрицательной полярности в выходном сигнале 52 обмотки синхронизации не оказывается никакого влияния. Синхросигнал цифрового преобразователя 50 эффективно удерживается в этом состоянии пока конденсатор разряжается через нагрузочный резистор 74. Значения параметров конденсатора 72 и резистора 74 выбраны так, чтобы заряд конденсатора оставался достаточно большим, чтобы поддерживать проводимость транзистора до момента времени непосредственно перед началом следующего полупериода 54 положительной полярности. Эта постоянная времени известна, так как известна частота генератора. Таким образом, цифровой преобразователь только сбрасывается в исходное состояние и готов принять выходной сигнал в течение короткого интервала времени 120 непосредственно перед ожидаемым переходом через нулевой уровень 60 сигнала положительной полярности.

Цифровой преобразователь синхросигнала эффективно подавляет ложные сигналы в течение большей части времени, а в течение промежутка времени, в котором отсутствует такое подавление, он будет срабатывать на первый принятый входной сигнал. Таким образом формируются неискаженные синхронизирующие переходы, которые могут быть использованы в качестве цифровых сигналов.

Выходной сигнал 102 логического элемента И-НЕ, характеризуемый переходом на высокий уровень 106 и используемый как синхронизирующий сигнал, поступает на схему цифрового процессора 130. Схема цифрового процессора 130 также получает другую считанную информацию, такую как сигнал тока с шунта, считывающего ток дуги или обмотки 46, и установку пользователя с желательной величине тока. Цифровой процессор 130 вводит соответствующие временные задержки к моментам переходов синхросигнала на высокий уровень 106 и прикладывает отпирающие импульсы к управляющим входам ПУВ 31, 33, 35 посредством управляющих линий 132. Цифровые отпирающие импульсы предварительно формируются в схеме цифрового процессора 130 для непосредственного приложения к управляющим входам ПУВ. Индивидуальные управляющие линии 132 предусмотрены для каждого ПУВ в мостовом выпрямителе.

Схема цифрового процессора 130 также обеспечивает синхронизацию отпирающих сигналов, чтобы управлять выходным напряжением и другими параметрами, выбираемыми оператором. Технологии выполнения этого как в аналоговых, так и в цифровых схемах хорошо известны.

Описанные выше цифровой преобразователь синхросигнала и сигнальный выход обмотки синхронизации могут быть использованы с мостовыми выпрямителями, использующими 6 ПУВ, 3 ПУВ или другие схемы выпрямителя, в которых требуется использовать отпирающие сигналы. Схема позволяет использовать ее преимущества, если синхросигналы необходимы для запуска выпрямителя, который снабжается энергией генератором, подверженным влиянию помех.

Изобретение обеспечивает превосходные результаты за счет непосредственного считывания вращающегося магнитного поля в генераторе переменного тока, вырабатывания одного импульса синхронизации за период вращения магнитного поля и подавления помех для большей части периода. Надежная работа обеспечена без дополнительных затрат.

Изобретение обеспечивает выработку сигнала, индицирующего переход через нулевой уровень или иную характеристику сигнала напряжения одной фазы, подаваемого на выпрямитель. Процессор 130 затем формирует три отпирающих импульса с предварительно выбранным временным разнесением интервалов. Определенная согласованность необходима, однако, нет необходимости в каком-то особом ограничении индицирующего сигнала до определенной точки в сигнале напряжения. Кроме того, допустима некоторая величина дрейфа рабочих параметров, что, однако, не снижает эффективность изобретения в целом. Действительно, если сигнал формируется считыванием пика, это не вызывает нарушений работы сварочного аппарат. Следующий сформированный сигнал корректирует синхронизацию без ущерба для оборудования или обрабатываемой детали.

Очевидно, что могут иметь место доработки и изменения изобретения.

Следует иметь в виду, что изобретение включает все такие доработки или изменения в той мере, в какой они охвачены формулой изобретения или эквивалентными понятиями.

Формула изобретения

1. Источник электроэнергии для сварки, содержащий вал привода, связанный с ним многофазный генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами многофазного генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, отличающийся тем, что преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n тиристорах, где n ≥ 2 целое число, введены обмотка синхронизации, однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся двухполюсным, так, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена с входом однополупериодного выпрямителя, выход которого через средства растягивания сигнала соединен с входом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, цифровой процессор соединен входом синхронизации с выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, а выходом с входами цепей управления тиристоров и обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигналов отпирания тиристоров.

2. Источник электроэнергии по п.1, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала содержат накопительную емкость и тиристор, подключенные параллельно выходу однополупериодного выпрямителя.

3. Источник электроэнергии по п.1, отличающийся тем, что формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала содержит транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом с входом логического элемента, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала.

4. Источник электроэнергии по п.3, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода.

5. Источник электроэнергии по п. 3, отличающийся тем, что логический элемент выполнен в виде элемента И-НЕ.

6. Источник электроэнергии по п.3, отличающийся тем, что между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения.

7. Источник электроэнергии по п.6, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен на двух резисторах.

8. Способ формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания тиристоров преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход многофазного генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, отличающийся тем, что на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока, формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует полному обороту вращающегося магнитного поля, выпрямляют полученный периодический сигнал однополупериодным выпрямителем, растягивают длительность части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала, из полученного периодического однополярного растянутого сигнала формируют периодический однополярный сигнал, момент переключения которого с второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения с второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что удерживают периодический однополярный двухуровневый сигнал на первом уровне в течение большей части каждого периода.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

11. Источник электроэнергии для сварки, содержащий вал привода, связанный с ним генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, отличающийся тем, что преобразователь переменного тока в постоянный выполнен по крайней мере на одном тиристоре, введены обмотка синхронизации, однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в генераторе переменного тока, являющемся многополюсным, так, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в генераторе переменного тока, и соединена с входом однополупериодного выпрямителя, выход которого через средства растягивания сигнала соединен с входом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхроннизации в заданном направлении, цифровой процессор соединен входом синхронизации с выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала, а выходом с входами цепей управления тиристоров и обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигнала отпирания тиристоров.

12. Источник электроэнергии по п. 11, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала содержат накопительную емкость и резистор, подключенные параллельно выходу однополупериодного выпрямителя.

13. Источник электроэнергии по п.11, отличающийся тем, что формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала содержит транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом с входом логического элемента, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала.

14. Источник электроэнергии по п. 13, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода.

15. Источник электроэнергии по п.13, отличающийся тем, что логический элемент выполнен в виде элемента И-НЕ.

16. Источник электроэнергии по п.13, отличающийся тем, что между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения.

17. Источник электроэнергии по п.16, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен на двух резисторах.

18. Способ формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания по меньшей мере одного тиристора, входящего в состав преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, отличающийся тем, что на обмотке синхронизации, расположенной в генераторе переменного тока, формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля с периодом, соответствующим части полного оборота вращающегося магнитного поля, выпрямляют полученный периодический сигнал однополупериодным выпрямителем, растягивают длительность части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала, из полученного периодического однополярного растянутого сигнала формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого с второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют по крайней мере один сигнал отпирания тиристора с задержкой времени относительно момента переключения с второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что удерживают периодический однополярный двухуровневый сигнал на первом уровне в течение большей части каждого периода.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

21. Источник электроэнергии для сварки, содержащий вал привода, связанный с ним многофазный генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами многофазного генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, отличающийся тем, что преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n тиристорах, где n ≥ 2 целое число, введены обмотка синхронизации, детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся двухполюсным, так, чтобы обеспечить считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена с входом детектора изменения полярности напряжения в заданном направлении, выход которого соединен с входом синхронизации цифрового процессора, выход которого соединен с входами цепей управления тиристоров, при этом детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, а цифровой процессор обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигналов отпирания тиристора.

22. Источник электроэнергии по п.21, отличающийся тем, что детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, длительность первого уровня которого составляет большую часть его периода.

23. Источник электроэнергии по п.22, отличающийся тем, что детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении содержит соединенные последовательно однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала.

24. Источник электроэнергии по п.23, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала содержат накопительную емкость и резистор, подключенные параллельно выходу однополупериодного выпрямителя.

25. Источник электроэнергии по п.23, отличающийся тем, что формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала содержит транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом с входом логического элемента, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала.

26. Источник электроэнергии по п.25, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода.

27. Источник электроэнергии по п.25, отличающийся тем, что логический элемент выполнен в виде элемента И-НЕ.

28. Источник электроэнергии по п.25, отличающийся тем, что между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения.

29. Источник электроэнергии по п.28, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен на двух резисторах.

30. Способ формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания тиристоров преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход многофазного генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, отличающийся тем, что на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока, формируют периодический сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует полному обороту вращающегося магнитного поля, детектируют момент изменения полярности напряжения в заданном направлении упомянутого периодического сигнала, формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого с второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения с второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение большей части каждого периода.

32. Способ по п.31, отличающийся тем, что формирование периодического однополярного двухуровневого сигнала осуществляют путем выпрямления периодического сигнала однополупериодным выпрямителем, растягивания длительности части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала и формированием из полученного периодического однополярного растянутого сигнала упомянутого периодического однополярного двухуровневого сигнала.

33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

34. Источник электроэнергии для сварки, содержащий вал привода, связанный с ним многофазный генератор переменного тока, преобразователь переменного тока в постоянный, связанный входными выводами с выходными выводами многофазного генератора переменного тока, а выходными выводами с выводами для подключения нагрузки, отличающийся тем, что преобразователь переменного тока в постоянный выполнен на n тиристорах, где n ≥ 2 целое число, введены обмотка синхронизации, детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении и цифровой процессор, при этом обмотка синхронизации расположена в многофазном генераторе переменного тока, являющемся многополюсным, так, чтобы обеспечивать считывание вращающегося магнитного поля, сформированного в многофазном генераторе переменного тока, и соединена с входом детектора изменения полярности напряжения в заданном направлении, выход которого соединен с входом синхронизации цифрового процессора, выход которого соединен с входами цепей управления тиристоров, при этом детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, момент переключения которого от второго уровня к первому связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации в заданном направлении, а цифровой процессор обеспечивает регулирование параметров сварочного тока изменением момента формирования сигналов отпирания тиристоров.

35. Источник электроэнергии по п.34, отличающийся тем, что детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении предназначен для формирования периодического однополярного двухуровневого сигнала, длительность первого уровня которого составляет большую часть его периода.

36. Источник электроэнергии по п.35, отличающийся тем, что детектор изменения полярности напряжения в заданном направлении содержит соединенные последовательно однополупериодный выпрямитель, средства растягивания сигнала, формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала.

37. Источник электроэнергии по п.36, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала содержат накопительную емкость и резистор, подключенные параллельно выходу однополупериодного выпрямителя.

38. Источник электроэнергии по п.36, отличающийся тем, что формирователь периодического однополярного двухуровневого сигнала содержит транзисторный ключ, входом соединенный с выходом средств растягивания сигнала, а выходом с входом логического элемента, выход которого является выходом формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала.

39. Источник электроэнергии по п.38, отличающийся тем, что средства растягивания сигнала обеспечивают удержание транзисторного ключа в положении, соответствующем первому уровню сигнала формирователя периодического однополярного двухуровневого сигнала в течение большей части каждого периода.

40. Источник электроэнергии по п.38, отличающийся тем, что логический элемент выполнен в виде элемента И-НЕ.

41. Источник электроэнергии по п.38, отличающийся тем, что между выходом средств растягивания сигнала и входом транзисторного ключа включен делитель напряжения.

42. Источник электроэнергии по п.41, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен на двух резисторах.

43. Способ формирования множества разнесенных во времени сигналов отпирания тиристоров преобразователя переменного тока в постоянный, включенного на выход многофазного генератора переменного тока в источнике электроэнергии для сварки, отличающийся тем, что на обмотке синхронизации, расположенной в многофазном генераторе переменного тока, формируют периодически сигнал под действием вращающегося магнитного поля, при этом период упомянутого периодического сигнала соответствует части полного оборота вращающегося магнитного поля, детектируют момент изменения полярности напряжения в заданном направлении упомянутого периодического сигнала и формируют периодический однополярный двухуровневый сигнал, момент переключения которого с второго уровня на первый связан с моментом изменения полярности сигнала на обмотке синхронизации, формируют разнесенные во времени сигналы отпирания тиристоров с задержкой времени относительно момента переключения с второго уровня на первый периодического однополярного двухуровневого сигнала.

44. Способ по п. 43, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение большей части каждого периода.

45. Способ по п.44, отличающийся тем, что формирование периодического однополярного двухуровневого сигнала осуществляют путем выпрямления периодического сигнала однополупериодным выпрямителем, растягивания длительности части, отличной от нуля, полученного периодического однополярного сигнала и формированием из полученного периодического однополярного растянутого сигнала упомянутого периодического однополярного двухуровневого сигнала.

46. Способ по п. 45, отличающийся тем, что периодический однополярный двухуровневый сигнал удерживают на первом уровне в течение времени, при котором значение периодического однополярного растянутого сигнала превышает заданный пороговый уровень.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5