Сварочный преобразователь, предназначенный для сварки неплавящимся электродом

 

Изобретение относится к области создания неразъемного соединения двух и более металлических элементов, а именно электродуговой сварки, и может быть использовано в машиностроении и строительстве, а также при производстве ремонтных работ. Преобразователь содержит биполярный транзистор с изолированным затвором, энергозапасающий дроссель, обратный диод, фиксирующую цепь и блок управления. Блок управления состоит из схемы сравнения сигнала регулятора задания сварочного тока с сигналом обратной связи. Имеется также широтно-импульсный модулятор, резистор и конденсатор. Сварочный преобразователь обеспечивает повышенный ресурс работы, повышает качество сварки. 1 ил.

Изобретение относится к области создания неразъемного соединения двух и более металлических элементов, а именно электродуговой сварки, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и строительстве, а также при производстве ремонтных работ.

Известно устройство для регулирования сварочного тока (SU, авторское свидетельство 1206032 В 23 К 9/10, 1986). Известное устройство содержит дроссель, тиристор-прерыватель и коммутирующую ячейку, состоящую из параллельно собранных коммутирующих конденсаторов, коммутирующих тиристоров и обратных диодов. Блок управления тиристорами содержит индикатор, регистр, блок ввода, преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный, задающий генератор, n+1 элементов И, формирователь управляющих импульсов и формирователь коммутирующих импульсов.

Известное устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения в блок управления тиристорами посредством блока ввода задают требуемый ток, который поступает в регистр и высвечивается на индикаторе. Из регистра код поступает в преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный, где происходит перевод кода в двоичный, который и поступает на элементы И. Формирователь управляющих импульсов формирует импульсы, включающие тиристор-прерыватель. При его включении ток проходит в нагрузку, и конденсаторы начинают заряжаться в полярности, запирающей тиристор-прерыватель. Формирователь коммутирующих импульсов формирует импульсы, поступающие на управляющие электроды коммутирующих тиристоров. При включении нужного количества коммутирующих тиристоров величина коммутирующей емкости изменяется в зависимости от того, сколько ячеек включено. Поэтому при разрядке коммутирующих конденсаторов ток, протекающий через дроссель, равен сумме токов включенных ячеек. Таким образом, задавая необходимый ток посредством использования блока ввода, импульсы с формирователя коммутирующих импульсов дают команды на включение той или иной коммутирующей ячейки.

Недостатком известного устройства следует признать его сложность, приводящую к малому периоду времени работы между отказами устройства.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в разработке малогабаритного устройства с повышенным ресурсом безотказной работы.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого сварочного преобразователя, состоит в облегчении работы сварщика, особенного в неудобных условиях работы при повышении качества сварного соединения.

Указанный технический результат достигается использованием сварочного преобразователя, содержащего ключевой элемент, дроссель и обратный диод. В качестве ключевого элемента использован биполярный транзистор с изолированным затвором. Дроссель выполнен энергозапасающим, причем его магнитопровод выполнен из материала "Гаммамет". Преобразователь дополнительно содержит фиксирующую цепь, содержащую обратный диод, резистор и конденсатор, а также блок управления, состоящий из схемы сравнения сигнала регулятора задания сварочного тока с сигналом обратной связи, поступающего от датчика тока, установленного в выходной цепи сварочного преобразователя, широтно-импульсного модулятора, выполненного с возможностью приема сигнала рассогласования, выделяемого схемой сравнения, управляющего указанным биполярным транзистором с изолированным затвором, подключенным с возможностью регулирования количества энергии, поступающего в энергозапасающий дроссель и затем на выход сварочного преобразователя, при этом вход преобразователя подключен к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, один из выводов энергозапасающего дросселя подключен к эмиттеру, а второй вывод заземлен, катод диода, являющегося элементом фиксирующей цепи, подключен к эмиттеру биполярного транзистора с изолированным затвором, а параллельно включенные резистор и конденсатор подключены с одной стороны к аноду диода и посредством датчика тока к выходу преобразователя и к выводу заземления.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

На схеме приняты следующие обозначения: биполярный транзистор с изолированным затвором 1, энергозапасающий дроссель 2, обратный диод 3, фиксирующая цепь 4, схема управления 5.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Цикл работы преобразователя состоит из двух этапов: фазы накачки энергии и фазы передачи ее в нагрузку.

На стадии накачки транзистор открыт, обратный диод заперт напряжением U_п, ток заряда дросселя i₃ нарастает по линейному закону: где U_п - напряжение питания; t₃ - время импульса заряда дросселя; L - индуктивность дросселя; γ - скважность импульсов тока, являющаяся отношением где t_п - время паузы между импульсами; f - частота импульсов.

При фазе передачи энергии в нагрузку происходит запирание транзистора, при этом происходит прекращение подачи зарядного тока, но благодаря явлению самоиндукции дроссель стремится поддержать значение тока через свою обмотку, поэтому ток разряда i_p поступает на нагрузку через открывшийся диод VD. Ток спадает по линейному закону .

Знак "-" в формуле говорит, что полярность напряжения на нагрузке обратна полярности напряжения питания.

Приравняв значения зарядного и разрядного токов в точке перехода, определяют регулировочную характеристику инвертирующего преобразователя.

При γ<0,5 инвертирующий преобразователь работает с пониженным напряжением, при γ>0,5 - с повышением.

При использовании инвертирующего преобразователя в качестве сварочного источника тока значение γ не должно превышать 0,5.

Стремление индуктивного элемента (дросселя) сохранить величину тока через себя создает выброс напряжения на его выводах:

где е_L - эдс самоиндукции;
- скорость изменения тока.

Отсюда ясно, что при увеличении скорости размыкания ключа возрастает значение напряжения на дросселе, стремящееся теоретически к бесконечности, но реально достигающих нескольких тысяч вольт.

Для ограничения индуктивного выброса напряжения при размыкании ключа, способного вывести из строя транзистор, применимы различные схемотехнические решения, но для конкретного использовании преобразователя в качестве сварочного источника тока наиболее удобна так называемая "фиксирующая" цепь, состоящая из диода, резистора и конденсатора.

Номиналы элементов R и С рассчитывают по формуле:


Работа фиксирующей цепи состоит в следующем: резистор R обеспечивает линейный ток разряда дросселя в случае обрыва нагрузки. Конденсатор С поглощает часть энергии выброса дросселя, ограничивая чрезмерное увеличение напряжения на его выводах. Во время фазы накачки энергии конденсатор С разряжается через резистор R и к моменту фазы передачи энергии в нагрузку готов вновь воспринять излишек энергии дросселя.

При использовании схемы непосредственного преобразователя постоянного тока инвертирующего типа в качестве источника сварочного тока транзистор должен коммутировать ток в несколько сотен ампер.

При проведении сварочных работ предлагаемое устройство работает следующим образом. Схема управления сварочных источников для установок ручной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов должна по технологическим требованиям обеспечить функцию стабилизатора тока, т.е. независимо от длины сварочной дуги и вплоть до короткого замыкания электрода на изделие, выходной сварочный ток должен быть равен заданному.

Установка задания сварочного тока производится с пульта управления сварщиком.

Настоящий сварочный преобразователь предназначен для подключения к цеховой или стапельной сварочной магистрали напряжением 60-80 В постоянного тока, используемой для питания балластных реостатов, также возможно питание сварочного преобразователя от выпрямителей типов ВДМ, ВКСМ и им подобным, имеющим выходное напряжение 60-80 В и жесткую внешнюю характеристику.

Формула изобретения

Сварочный преобразователь, предназначенный для сварки неплавящимся электродом и содержащий ключевой элемент, дроссель и обратный диод, отличающийся тем, что в качестве ключевого элемента использован биполярный транзистор с изолированным затвором, дроссель выполнен энергозапасающим, причем его магнитопровод выполнен из материала “Гаммамет”, преобразователь дополнительно содержит фиксирующую цепь, содержащую обратный диод, резистор и конденсатор, а также блок управления, состоящий из схемы сравнения сигнала регулятора задания сварочного тока с сигналом обратной связи, поступающего от датчика тока, установленного в выходной цепи сварочного преобразователя, широтно-импульсного модулятора, выполненного с возможностью приема сигнала рассогласования, выделяемого схемой сравнения, управляющего указанным биполярным транзистором с изолированным затвором, подключенным с возможностью регулирования количества энергии, поступающего в энергозапасающий дроссель и затем на выход сварочного преобразователя, при этом вход преобразователя подключен к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, один из выводов энергозапасающего дросселя подключен к эмиттеру, а второй вывод заземлен, катод диода, являющегося элементом фиксирующей цепи, подключен к эмиттеру биполярного транзистора с изолированным затвором, а параллельно включенные резистор и конденсатор подключены с одной стороны к аноду диода и посредством датчика тока к выходу преобразователя и к выводу заземления.

РИСУНКИ

Рисунок 1