Датчик коротких замыканий для дуговой сварки импульсами тока и напряжения в защитных газах

 

Изобретение относится к электрической сварке, а именно к схемам и устройствам для дуговой сварки импульсами тока и напряжения, и может быть использовано для непрерывного контроля за состоянием дугового промежутка и размерами перемычки при сварке в защитных газах с переносом электродного металла во время коротких замыканий. Датчик коротких замыканий содержит ограничительную цепь и пороговые элементы. При этом ограничительная цепь состоит из резистора и стабилитрона. Параллельно стабилитрону подсоединены два включенных встречно-параллельно светодиода оптотеристора. В электрическую цепь между стабилитроном и указанными светодиодами оптотеристорами последовательно с одной стороны включен конденсатор, с другой - два встречно-последовательно включенных стабилитрона. Изобретение обладает следующими преимуществами: повышается надежность работы датчика, обеспечивается высокая помехоустойчивость в условиях сильных электрических полей, датчик имеет достаточное быстродействие, конструкция датчика достаточно проста. 2 ил.

Изобретение относится к электрической сварке, а именно к схемам и устройствам для дуговой сварки импульсами тока и напряжения, и может быть использовано для непрерывного контроля за состоянием дугового промежутка и размерами перемычки при сварке в защитных газах с переносом электродного металла во время коротких замыканий.

Известен датчик горения дуги постоянного тока, посредством которого можно осуществлять контроль за горением дуги, фиксацию ее обрывов и коротких замыканий (авт. св. N 623677, М.кл. B 23 K 9/10) [1].

Датчик состоит из источника питания, регулируемого делителя напряжения, триггера Шмидта, вход которого подключен к регулируемому делителю напряжения, порогового элемента и элемента логического умножения, при этом пороговый элемент включен параллельно дуге, а входы элемента логического умножения подключены к входу триггера Шмидта и выходу порогового элемента.

Недостатками датчика по [1] являются ограниченные регулировочные возможности (регулируется только уровень срабатывания на размыкание дугового промежутка), а также наличие гальванической связи сварочной и управляющей цепей, что может вызывать его ложное срабатывание. Кроме того, датчик требует индивидуальный источник питания.

Известно также устройство для сварки с короткими замыканиями (авт. св. N 551134, М.кл. B 23 K 9/00) [2].

Устройство включает источник питания, сварочный дроссель, тиристорный коммутирующий блок, в который входят силовой и вспомогательный тиристоры, цепь возбуждения дуги, датчик сигнала ограничения тока и формирователи импульсов, управляющие работой тиристоров. Вход датчика сигнала ограничения тока подключен к сварочным электродам через параллельно соединенные дифференцирующую и интегрирующую цепи, вход его соединен с формирователем управляющего импульса вспомогательного тиристора, а схема управления силового тиристора подключена параллельно этому тиристору.

Недостатками устройства по [2] являются потребность в индивидуальном источнике питания, ограниченное быстродействие из-за селекции коротких замыканий по длительности, наличие гальванической связи между цепями управления и сварки, а также отсутствие независимой регулировки срабатывания датчика на замыкание и размыкание дугового промежутка.

Известен также датчик коротких замыканий для контроля за состоянием дугового промежутка при сварке импульсами тока и напряжения (авт. св. N 1074675, М.кл. B 23 K 9/10)[3].

Датчик состоит из источника питания, порогового элемента и разделительных диодов, а с целью повышения его быстродействия и надежности за счет обеспечения возможности независимого регулирования уровней срабатывания на замыкание и размыкание дугового промежутка в него введена ограничивающая цепь, состоящая из резистора и стабилитрона. Первый ограничительный резистор, делитель питающего напряжения на последовательно соединенных фотодиоде оптопары и резисторе, резистор обратной связи, второй ограничительный резистор, два транзистора и два задающих резистора, причем инвертирующий вход порогового элемента через разделительные диоды подсоединен к подвижным ползункам параллельно подключенных задающих резисторов, а неинвертирующий вход порогового элемента подключен к делителю питающего напряжения, излучающий диод оптопары через первый ограничительный резистор присоединен параллельно ограничивающей цепи, образующий вход датчика, выход порогового элемента, образующий выход датчика, через резистор обратной связи соединен со своим неинвертирующим входом и через второй ограничительный резистор - с базой одного транзистора, коллектор которого подключен к подвижному ползунку первого задающего резистора и к базе другого транзистора, коллектор последнего соединен с подвижным ползунком второго задающего резистора, при этом эмиттеры указанных транзисторов, вывод резистора делителя питающего напряжения, одна шина питания порогового элемента и первые неподвижные выводы задающих резисторов подключены к минусовой клемме источника питания, а катод фотодиода, другая шина питания порогового элемента и вторые неподвижные выводы задающих резисторов - к плюсовой клемме источника питания.

Основными недостатками датчика по авт. св. N 1074675 являются: 1) нестабильность работы вследствие изменения параметров транзистора от температуры; 2) подверженность микросхем воздействию сильных электромагнитных полей; 3) необходимость дополнительного специального источника питания; 4) сложность схемы.

Из вышеприведенных аналогов самым близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является датчик по авт. св. N 1074675. Он и взят в качестве прототипа.

Поставлена задача - разработать относительно несложный датчик коротких замыканий для дуговой сварки, который бы обеспечивал надежную работу в условиях сильных электромагнитных полей и обладал высокой помехоустойчивостью и быстродействием.

Поставленная задача решена следующим образом. Датчик коротких замыканий содержит ограничительную цепь и пороговые элементы. При этом ограничительная цепь состоит из резистора и стабилитрона. Параллельно стабилитрону подсоединены два включенных встречно-параллельно светодиода оптотеристора. В электрическую цепь между стабилитроном и указанными светодиодами оптотеристорами последовательно с одной стороны включен конденсатор, с другой - два встречно-последовательно включенных стабилитрона.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - принципиальная электрическая схема датчика; на фиг. 2 - графики тока и напряжения.

Датчик коротких замыканий для дуговой сварки содержит ограничительную цепь, состоящую из резистора 1 и стабилитрона 2. Параллельно стабилитрону 2 подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 3, двух включенных встречно-параллельно светодиодов оптотеристоров 4 и 5 и двух встречно-последовательно включенных стабилитронов 6 и 7. При этом светодиоды оптотеристоры 4 и 5 одновременно выполняют функции разделительных диодов и выходных элементов датчика, а стабилитроны 6 и 7 играют роль пороговых элементов на размыкание и замыкание дугового промежутка. Следует заметить, что уровень срабатывания датчика на замыкание и размыкание определяется напряжением стабилизации стабилитронов 6 и 7.

Как видно из фиг. 1, в датчике отсутствует дополнительный (индивидуальный) источник питания поскольку его питание осуществляется непосредственно от сварочной цепи.

Датчик коротких замыканий работает следующим образом.

На интервале горения дуги t₂-t₃, где t₂ - момент окончания короткого замыкания, t₃ - момент начала короткого замыкания конденсатор 3 заряжен до напряжения, определяемого стабилитроном 2. В начале процесса короткого замыкания входная цепь датчика оказывается замкнутой накоротко. При этом конденсатор 3 разряжается по цепи 3-1-7-6-5-3, при условии, если напряжение на дуговом промежутке снизится до величины U_д < U_ст2 - U_ст7, где U_д - напряжение на дуговом промежутке,
U_ст2 - напряжение стабилизации стабилитрона 2,
U_ст7 - напряжение стабилизации стабилитрона 7,
т.е. когда короткое замыкание будет надежным. Конденсатор 3 разрядится с постоянной времени, равной τ
τ = C₃R₁= 0,1 мкф. · 100 Ом = 10 мкс,
где C₃ - емкость конденсатора 3,
R₁ - величина сопротивления 1.

При этом импульс тока с амплитудой I_u

где U_с3 - напряжение на конденсаторе 3,
U_ст7 - напряжение стабилизации стабилитрона 7,
R - величина сопротивления 1,
пройдет через светодиод 5 и выдаст сигнал о начале короткого замыкания.

При размыкании дугового промежутка в момент достижения на разрушающейся перемычке напряжения, равного напряжению стабилизации стабилитрона 6 U_ст6, начнется зарядка конденсатора 3 по цепи 1-3-4-6-7. При этом импульс зарядного тока, проходящий через светодиод 4, подсветит диод 4 и это будет выходным сигналом об окончании короткого замыкания. Поскольку светодиоды включены параллельно и встречно, они автоматически разделяют сигналы на начало короткого замыкания и его окончание.

Пороги срабатывания датчика определяются напряжением стабилизации стабилитронов 7 и 6. Для ступенчатой регулировки порогов срабатывания датчика достаточно иметь набор стабилитронов и переключатель.

По сравнению с существующими конструкциями датчиков короткого замыкания предлагаемое изобретение обладает следующими достоинствами и преимуществами:
- повышается надежность работы датчика,
- обеспечивается высокая помехоустойчивость в условиях сильных электрических полей,
- датчик имеет достаточное быстродействие,
- конструкция датчика достаточно проста.

Источники информации
1. Авт. св.N 623677. "Датчик горения дуги постоянного тока". Авторы Ю.Г. Грибков, В.Н. Логинов и Ю.Т. Завертяев. М.кл. B 23 K 9/10.

2. Авт. св. N 551134. "Устройство для электродуговой сварки с короткими замыканиями". Авторы О.М. Горнов и Г.С. Кузьмин. М.кл. B 23 K 9/00.

3. Авт. св. N 1074675. "Датчик коротких замыканий дугового промежутка". Авторы А. Ф. Князьков, Ю.Н. Сараев, А.С. Киселев, Н.А. Азаров и Г.П. Янцен. М.кл. B 23 K 9/10, 1984.

Формула изобретения

Датчик коротких замыканий для дуговой сварки импульсами тока и напряжения в защитных газах, содержащий ограничительную цепь, состоящую из резистора и стабилитрона, и пороговые элементы, отличающийся тем, что в него введены конденсатор и два соединенных встречно-параллельно диода оптотиристоров, а пороговые элементы выполнены в виде двух включенных встречно-последовательно стабилитронов, при этом конденсатор, светодиоды оптотиристоров и включенные встречно-последовательно стабилитроны соединены последовательно и образуют электрическую цепь, включенную параллельно стабилитрону ограничительной цепи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2