Возбудитель сварочной дуги переменного тока

 

Изобретение относится к дуговой сварке на переменном токе. Сущность изобретения заключается в том, что возбудитель содержит входные контакты для подключения к источнику питания дуги и выходные контакты. К входным контактам через ключи полупроводниковой пороговой схемы подключен коммутационный перезаряжающийся конденсатор, напряжение на котором ограничивается цепью, состоящей из симметричного стабилитрона и резистора. Между коммутационным конденсатором и выходными контактами включена схема формирования возбуждающих импульсов. Между входным и выходным контактами включен дроссель. Возбудитель может быть снабжен дополнительным LC-фильтром и цепью подпитки дуги, содержащей резистор и конденсатор, емкость которого меньше емкости коммутационного конденсатора. 3 з.п. ф-лы,2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к оборудованию для дуговой сварки на переменном токе.

Известно, что для поджига сварочной дуги между источником питания и электродом может быть включен возбудитель, содержащий накопительный конденсатор и схему преобразования накопленной в конденсаторе энергии в высокочастотные импульсы, подаваемые на сварочный электрод [1].

К недостаткам таких устройств относится то, что при напряжениях холостого хода ток через выходную индуктивность источника питания не может быстро достичь необходимого значения, что сказывается на качестве переходного процесса поджига дуги.

Для повышения надежности поджига дуги при работе источника питания на холостом ходу используют устройство, содержащее схему формирования возбуждающих импульсов и коммутационную схему, подключенную к выходным выводам источника питания и закорачивающую его перед подачей импульса возбуждения на время, необходимое для нарастания тока до уровня стабильного тока дуги [2]. Из данного источника информации известна также возможность подключения к выходам источника питания порогового устройства, которое при срабатывании соединяет с источником нагрузку в виде коммутационных конденсаторов, что в первый момент времени соответствует режиму короткого замыкания. К недостаткам технических решений, описанных в [2] относится то, что режим короткого замыкания может стать причиной выхода из строя полупроводниковых элементов схемы. Недостатком схемы с коммутационными конденсаторами является то, что перед очередным срабатыванием порогового элемента напряжение на конденсаторах равно нулю, следовательно для создания необходимого тока нагрузки источника питания требуется конденсатор большой емкости. Это в свою очередь приводит к увеличению длительности коммутационного процесса. Кроме того, использованный пороговый элемент представляет собой магнитный ключ (дроссель с насыщающимся магнитопроводом), вольтсекундная площадь которого должна выбираться, исходя из характеристик конкретного трансформатора, входящего в состав источника питания, т.е. данный возбудитель не может быть использован с отличающимися по характеристикам источниками питания. Следует также отметить, что пороговый элемент, выполненный на магнитном ключе, может быть причиной ложных срабатываний, что перегружает схему и создает дополнительные радиопомехи.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства для возбуждения дуги, уменьшение его массо-габаритных показателей и расширение области применения.

Поставленная задача решается путем того, что в возбудителе сварочной дуги переменного тока, содержащем входные контакты для подключения к источнику питания дуги, выходные контакты для подключения к электроду и свариваемому изделию, индуктивный элемент, включенный между входным и выходным контактами, коммутационный конденсатор, пороговую схему, через которую коммутационный конденсатор подключен к входным контактам, и схему формирования возбуждающих импульсов, включенную между коммутационным конденсатором и выходным контактом, пороговая схема выполнена полупроводниковой и снабжена двумя выходными ключами, соединенными с обкладками коммутационного конденсатора, причем к конденсатору подключена цепь двухстороннего ограничения напряжения его заряда.

Использование процесса перезаряда коммутационного конденсатора с одного стабильного уровня напряжения до другого позволяет уменьшить емкость данного конденсатора, сохранив (или увеличив) скорость нарастания тока в выходной цепи источника питания, т. е. возможно получение большей амплитуды тока нагрузки источника за меньший промежуток времени. При этом нагрузка источника осуществляется не за счет короткого замыкания, а за счет стабильного переходного процесса.

Надежность возбудителя может быть повышена за счет включения между пороговой схемой и входными контактами LC-фильтра, позволяющего предотвратить воздействие импульсов высокого напряжения на полупроводниковые элементы схемы.

Увеличение стабильности процесса возбуждения дуги достигается за счет включения между входными контактами возбудителя цепи подпитки дуги, содержащей резистор и накопительный конденсатор. Емкость накопительного конденсатора должна быть меньше емкости коммутационного конденсатора для исключения его шунтирующего воздействия на переходный процесс возбуждения дуги.

Для увеличения количества энергии, запасаемой в накопительном конденсаторе, схема формирования может быть снабжена трансформатором, вторичная обмотка которого включена в цепь подпитки дуги последовательно накопительному конденсатору.

На фиг. 1 представлена электрическая схема возбудителя; на фиг. 2 - графики изменения напряжения на выходных выводах источника питания (V_ист) и изменения напряжения на коммутационном конденсаторе (V_с).

Возбудитель содержит входные контакты 1 и 2 для подключения к источнику 3 питания дуги, включающему источник 4 ЭДС Е с индуктивностью рассеивания 5, и выходные контакты 6 и 7 для подключения к электроду 8 и свариваемому изделию 9. К входным контактам 1 и 2 через выходные ключи 10 и 11 полупроводниковой пороговой схемы 12 подключен коммутационный конденсатор 13, к которому подключена цепь двухстороннего ограничения напряжения его заряда, состоящая из симметричного стабилитрона 14 и резистора 15. Между коммутационным конденсатором 13 и выходными контактами 6 и 7 включена схема 16 формирования возбуждающих импульсов. Между входным и выходным контактами включен индуктивный элемент, выполненный в виде дросселя 17. а между входными контактами - защитный конденсатор 18. Возбудитель снабжен дополнительным Г-образным LC-фильтром 19, который включен между пороговым элементом 12 и входными контактами 1 и 2 и состоит из конденсатора 20 и катушки индуктивности 21. Возбудитель также снабжен цепью подпитки дуги, содержащей резистор 22 и конденсатор 23. емкость которого меньше емкости коммутационного конденсатора 13 по меньшей мере в пять раз. Цепь подпитки дуги может быть включена непосредственно между контактами 1 и 2.

Пороговая схема 12 содержит управляющую часть, состоящую из тиристора 24, стабилитрона 25, выпрямительного моста на диодах 26 - 29. конденсатора 30 и резисторов 31 - 37. Каждый из входных ключей 10 и 11 пороговой схемы выполнен на встречно-параллельно включенных тиристоре и диоде. В состав ключей входят тиристоры 38 и 39 и диоды 40 и 41. Параллельно коммутационному конденсатору 13 подключен разрядный резистор 42.

В состав схемы 16 формирования возбуждающих импульсов входит дополнительный конденсатор 43, магнитный ключ 44 и повышающий трансформатор 45 с первичной обмоткой 46 и вторичными обмотками 47 и 48, контактный разрядник 49 и конденсатор 50. Возможно иное выполнение схемы формирования импульсов возбуждения, например, с использованием вместо разрядника цепи из нескольких конденсаторов, последовательно перезаряжающихся через магнитные ключи (не показано). В этом случае схема содержит несколько каскадов укорочения импульсов, подобных каскаду, состоящему из конденсатора 43. магнитного ключа 44 и насыщающегося трансформатора 45.

Возбудитель работает следующим образом.

Напряжение, близкое к синусоидальному, с источника 3 питания через фильтр 19 поступает на пороговую схему 12. Далее через резисторы 34 и 37, шунтирующие управляющие переходы тиристоров 38 и 39, и низкоомные ограничительные резисторы 35 и 36 напряжение подается на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах 26 - 29. При увеличении мгновенной величины напряжения до значения V_пр. (фиг. 2) открывается стабилитрон 25 и на управляющий электрод тиристора 24 поступает отпирающий импульс. Порог срабатывания стабилитрона 25 задается резистором 31. В результате отпирания тиристора 24 начинает заражаться конденсатор 30 и импульс тока проходит через управляющий переход одного из выходных тиристоров 38 или 39. При отпирании соответствующего выходного тиристора (например, тиристора 39) коммутационный конденсатор 13 подключается к источнику 3 питания через данный тиристор и диод другого выходного ключа (диод 40 ключа 10 ) . Напряжение на выходе источника 3 питания при этом резко падает, а выходной ток - увеличивается. Конденсатор 13 заряжается до напряжения, близкого к V_пр. Полярность напряжения заряда зависит от полярности приложенного напряжения, т.е. от того, во время какой полуволны синусоиды происходит заряд.

Во время заряда конденсатора 13 напряжение прикладывается к магнитному ключу 44, который в ненасыщенном состоянии имеет большое сопротивление. Через некоторое время магнитопровод ключа 44 (при V = V_ср) насыщается, конденсатор 43 заряжается и импульс тока проходит через первичную обмотку 46 повышающего трансформатора 45 . Во вторичной обмотке 47 трансформатора при этом формируется укороченный импульс с увеличенной амплитудой, заряжающий конденсатор 50. После заряда конденсатора 50 до напряжения срабатывания разрядника 52 возникает переходной коммутационный процесс, создающий высоковольтные, высокочастотные, поджигающие импульсы, которые поступают на электрод 3. Конденсатор 18 предотвращает поступление высоковольтных импульсов в источник питания при соединении электрода 8 с деталью 9.

При протекании тока в трансформаторе 45 на вторичной обмотке 48 формируется импульс, напряжение которого складывается с уже имеющимся напряжением заряда на конденсаторе 23. Когда происходит пробой дугового промежутка, конденсатор 23 разряжается через резистор 22. Это позволяет сформировать в дуговом промежутке канал проводимости на время задержки нарастания тока, которое имеет место из-за наличия дросселей 17 и 19 и паразитных индуктивностей проводов.

После формирования поджигающих импульсов происходит разряд коммутационного конденсатора через цепь ограничения напряжения, состоящую из стабилитрона 14 и резистора 15 до величины V_ст. Ток, протекающий при этом через обмотку магнитного ключа 44 и первичную обмотку 46 трансформатора 45 создает в магнитопроводах этих элементов магнитный поток, подготавливающий их к работе в следующем цикле.

Формула изобретения

1. Возбудитель сварочной дуги переменного тока, содержащий входные контакты для подключения к источнику питания дуги, выходные контакты для подключения к электроду и свариваемому изделию, индуктивный элемент, включенный между входным и выходным контактами, коммутационный конденсатор, пороговую схему, через которую коммутационный конденсатор подключен к входным контактам, и схему формирования возбуждающих импульсов, включенную между коммутационным конденсатором и выходным контактом, отличающийся тем, что пороговая схема выполнена полупроводниковой и снабжена двумя выходными ключами, соединенными с обкладками коммутационного конденсатора, к которому подключена цепь двустороннего ограничения напряжения его заряда.

2. Возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен LC-фильтром, включенным между пороговой схемой и входными контактами.

3. Возбудитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен цепью подпитки дуги, включенной между входными контактами и содержащей резистор и накопительный конденсатор, емкость которого меньше емкости коммутационного конденсатора.

4. Возбудитель по п.3, отличающийся тем, что схема формирования возбуждающих импульсов снабжена трансформатором, вторичная обмотка которого включена в цепь подпитки дуги последовательно накопительному конденсатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2