Устройство для дуговой сварки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Рвспублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 25.05.81 (21) 3293338/25-27 (%4) М. КЛ.

В 23 К 9/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231082.Бюллетень ¹ 39 (53) УДК 621,791. .75(088.8) Дата опубликования описаиия 23 ° 10.82 (72) Авторы изобретения — . . п««««рд «а«

Л.И;.Яринич

I с т 1 "яо Эн,амени на

В.С.Гвоздецкий, Д,A.Äóäêî, В.Е.Скляревн

В.И.Скрыпник, A.Ï.Çàïàðñâàíûé

Ордена Ленина и ордена Трудового Красно институт электросварки им. Е.О.Пат. (7() Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Повьваение мощности устройства за счет увеличения емкости рабочих конденсаторов ограничено го следующим причинам. Увеличение емкости

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной и других областях промышленности, а именно для дуговой сварки в защитных газах.

Известно устройство для дуговой сварки, содержащее источник питания, набор рабочих конденсаторов, заряд- 0 ный контур, выполненный в виде несколькин параллельно включенных зарядных тиристоров, катоды которых объединены и подключены к отрицательному полюсу источника питания, и разряд-. ный контур, выполненный в виде параллельно включенных разрядных ти-. ристоров, аноды которых объединены, а катоды подключены к анодам соответствующих зарядных тиристоров и н одной из обкладок соответствующих конденсаторов, а в цепь дуги включены индуктивность и резистор обратной связи, в которое введены силовые высокочастотные трансформаторы и двухполуперибдные силовые выпрямители, включенные во вторичную цепь соответствующего высокочастотного трансформатора, первичная обмотка которого подключена ко второй из об- кладок соответствующего конденсатора, с при этом положительный полюс источйика питания подключен к анодам разрядных тиристоров непосредственно, а двухполупериодные силовые выпрямители подключены через индуктивность и резистор обратной связи к дуговому промежутку.

Известное устройство обеспечивает протекание в сварочной цепи пульсирующего тока (11. .Однако увеличение выходной (максимальной) мощности иэвестнсго-устройства может быть достиГнуто эа счет повьвгения напряжения источника питания Е, емкости рабочих конденсаторов каждой эарядно-разрядной цепочки, увеличения количества параллельных цепочек.

Однако напряжение питающего выпрямителя при существующей проьышленной сети 380 В, 50 Гц ограничено величиной порядка 300 В (при однополупериодном выпрямлении) или порядка 500 В (при двухполупериодном выпрюслении).

967712 приводит к снижению частоты f пульсаций сварочного тока. Работ- на низких частотах влечет за собой увеличение габаритов трансформаторов и дросселей, .и, следовательно, устройства в целом.

Кроме того, существует нижний предел частоты пульсаций (порядка

l0 кГц), при котором звуковое излучение дуги оказывает неблагоприятное воздействие на сварщика.

Кроме того, в известном устройстве цепи заряда и разряда рабочих конденсаторов несколько различаются.

В зарядной цепи имеется дополнительно активное и реактивное сопротивление питающей сети, в результате чего амплитуда и длительность импульсов зарядного и. разрядного тока в первичных обмотках высокочастотных трансформаторов неодинаковы. Это яв- 2О ляется причиной колебаний амплитуды .пульсаций сварочного тока с частотой биений f/n,где n - количество зарядноразрядных цепочек. Как результат, даже при работе на высокой частоте

f пульсаций наличие биений амплитуды сварочного тока со сравнительно низкой частотой вызывает возникновение нежелательного для сварщика звукового эффекта. Сила звука про- 30 порциональна мощности, подводимой к дуговому промежутку. Поэтому этот эффект особенно сильно проявляется при. работе на больших сварочных токо, а исключение этого явления,, 35 становится важной задачей при создании сварочных источников питания большой мощности.

Практически увеличение максимальной мощности известного устройства 4О достигается за счет увеличения количества заряжено-разрядных цепочек.

Это приводит к увеличению габаритов и веса устройства, а также к снижению Н НосТН его работы что Отри- 45 цательно сказывается на качестве сварки.

Целью изобретения является повышение выходной мощности выпрямителя без увеличения весо-габаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дуговой сварки преимущественно в среде защитных газов, содержащее выпрямитель со средней точкой, набор цепочек, состоящих из конденсатора и первичной обмотки высокочастотного силового трансформатора, при этом одна обкладка конденсатора соединена с первичной обмоткой высокочастотного силового транс- 60

-фарматора, тиристоры индуктивности и двухполупериодные сварочные выпрямители, подключенные к клеммам нагрузки, введены разделительные диоды, двухполупериодный сварочный выпрями- 65 тель выполнен яа силовых высокочастотных диодах, а вторичные обмотки высокочастотных трансформаторов выполнены со средней точкой, при. этом другие обкладки конденсаторов одной пары цепочек соединены со средней точкой выпрямителя, а концы первич;; ч обмоток высокочастотных трансформаторов этой пары цепочек соеди« иены с полюсами двухплечевого выпрямителя через соответственно включенные силовые тиристоры, другие обкладки конденсаторов второй пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя, а концы первичных Обмоток высокочастотных трансформаторов этой пары цепочек — со средней точкой выпрямителя через встречно включенные тиристоры, при этом концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов, подсоединенных к одному и тому же плечу выпрямителя, попарно соединены через разделительные диоды, а начала и концы вторичных Обмоток высокочастотных трансформаторов соединены соответственно друг с.другом и подключены через силовые высокочастотные диоды к клемме нагрузки, а средние точки вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов через соответствующие индуктивности соединены с другой клеммой нагрузки.

На фиг.1 приведена электрическаяа схема устройства; на фиг.2 — эпюры напряжения и тока, поясняющие работу схемы, Устройство содержит бестрансформаторный, питающийся от сети выпрямитель Я со средней точкой и выходным напряжением каждого плеча Ц, =0, четыре цепочки с одинаковыми параметрами (по две в,каждом плече выпрямителя Я ), каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора С„ (С, С, C4) и первичной

ОбмОтки W (W p W g W4) cHJIQBQI О Bbl у! Р сокочастотного трансформатора

T(,„ (T, Т, Ту4), подсоединенной к конденсатору своим началом Н. Свободные обкладки конденсаторов C u

С подключены к средней точке питающего выпрямителя E. Конец первичной

Обмотки W трансформатора Тр„ подключен к отрицательному полюсу выпрямителя 6 через тиристор Т, а конец первичной обмотки W транс2. форматора Tp - к положительному полюсу выпрямителя 6 через тиристор

T2 °

Свободные обкладки конденсаторов

С и С4 подсоединены соответственно к отрицательному и положительному полюсу выпрямителя . Концы первичных обмоток W Il W4 соответственно через тиристоры Т> и Т подключены к средней точке выпрямителя, а также через разделительные диоды д„ и

967712

Импульсы тока, трансформированные в параллельно включенные вторичные обмотки W. и W», складываг (60 =.-ются, выпрямляются диодом д сило, Ю. вого выпрямителя и проходят через дуговой промежуток.

Д соответственно к концам первичных обмоток Ю4 и Из высокочастотных трансформаторов Тр„ -и Тр

Вторичные обмотки W(, Ю, W, W4 силовых высокочастотных трансформаторов Тр,., Tp< Тр, Тр4 выполнены со средней точкой и подключены через двухполупериодные выпрямители, собранные на силовых высокочастотных. диодах Д, Д» и Д, Д, к дугому промежутку. При этом начала и концы вторичных обмоток W< W трансформаторов Тр,, Т (.,,питающихся от одного плеча вынрямителя Я, соединены попарно-параллельно и через силовые высокочастотные диоды Ду Д» подключены к одному из электродов дугового промежутка. К этому же электроду дугового промежутка подключены через силовые высокочастотные диоды Д, A

Х„, W51 И, W4 подсоединены к друго((( му электроду, дугового промежутка соответственно через индуктивности

1., Х, Ь 1,„.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t с помощью блока запуска (не показан) открывается тиристор Т„и конденсатор С.(за( ряжается от верхнего плеча выпрямителя Я через первичную обмотку И.( высокочастотного трансформатора Ть„ .

Одновременно конденсатор Сэ, заряженный в одном иэ предыдущих циклов работы устройства,,разряжается через тиристор Т< разделительный диод Д (и пеРвичную обмотку W> высокочастотного трансФорматора T >

Через время," конденсатор С, вследствие резонансного заряда зарядится до напряжения 0 >О,(, а конденсатор С, заряженный ранее до того же напряжения 0С. Полностью разрядится. При этом тиристор Т закроется.

В результате заряда конденсатора С„ и разряда конденсатора С через йервичные обмотки W< и И протекут импульсы тока I «Х i полярности, показанной на фиг.2. Ввиду того, что упомянуте импульсы возникают на обмотках И„ и И одновременно, через диод Д двухполупериодного выпрямителя и нагрузку (дуговой промежуток) протечет сухарный импульс тока параллельно включенных на нагрузку вторичных обмоток W è И ( трансформаторов Тр., и Т

Чврвв вввмв (гдв ts

C+tэ время восстановления эапирак(щих свойств тиристора в прямом направлении) в момент t блок запуска открывает тиристор Т . При этом кон«, денсатор С заряжается от второго (нижнего на фиг.1) плеча выпрямителя Е- через первичную обмотку W трансформатора Тр до напряжения

0 т0- . Одновременйо ранее заряженнйй до того же по величине напряжения U конденсатор С разряжается через тиристор T разделительный диод Д . и первичйую обмотку W» трансфоРматора Т р4. (Разделительные диоды Д(и Д предотвращают перезаряд емкостей друг на друга через выпрямитель при закрытых тиристорах).

В результате заряда конденса-.=,ра С и одновременного разряда кон(денсатора С через первичные обмот4 ки W+ и И4 трансформаторов (и

Nfl Тр4 протекают одновременно имйульсыщ тока 1 ((, 1 4(рис.2) . Суммарный им-; пульс тока на параллельно включенных на нагрузку вторичных обмоток

W(1, W4 протекает через,дйод Д< вто.-.. рого двухполупериодного выпрямителя р и дуговой промЕжуток °

В момент t через время Т после открытия THpHGTQpcL T блок запуска открывает тиристор Т . Конденсатор

С> заряжается от верхнего плеча выпрямителя E до напряжения 0ст0 через тиристор Т и первичную обмотку

W> трансформатора Тр.

Одновременно конденсатор С« заряженный ранее до 0, разряжается через тиристор Т>, разделительный диод Д и первичную обмотку й(трансформа-.-ора Т „ . Полярность импульсов тока через обмотки W< и W теперь противоположна полярности предыдущих импульсов тока через них. Через диод

40 Д силового выпрямителя и дуговой промежуток протечет суммарный импульс тока вторичных обмоток W u

W" трансформаторов. Тр и Т(, В момент t через время Т после

45 открытия тиристора Т блок запуска открывает тиристор Т4. Конденсатор

С,(. заряжается через обмотку W от нижнего плеча выпрямителяэ. до напряжения U ë0, а ранее заряженный до того же найряжения 0< конденсатор ,Сд разряжается через обмотку Wy< разделительный::диод Д;и тиристор

;Т . Полярность ймп пьдов тока через ! о мотки И и Н» противополскна полярности предыдущих импульсов тока через них.

В момент t через время T после открытия тиристора Т» блок запуска

967712 открывает тиристор Т н цикл работы устройства повторяется.

Таким образом, через первичные обмотки И (И, И, И4) силовых высокочастотных трансформаторов

Тр„(Тр, Т, Тр4.) протекает переменный ток. Он трансформируется во вторичные обмотки W<(W

I этих трансформаторов, выпрямляется двухполупериодными силовыми «выпря мителями Д,, Д и Д<, Д и передается в цепь нагрузки - сварочной дуги.

В результате в цепи дуги протекает ток, пульсирующий с частотой f=l/T.

Выходная мощность устройства определяется емкостью конденсаторов ,С, (С, С,С, ) напряжением выпрямителя Е и частотой f запуска тиристоров.

Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить требуемое число полупроводниковых элементов и тем самым повысить надежность работы устройства и упростить схему его управления.

Кроме того, в устройстве отсутствует биение амплитуды пульсаций сварочного тока, Это связано с тем, что импульсы зарядного тока складываются благодаря параллельному включению вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов на нагрузку.

О

Таким образом, устройство позволяет исключить неблагоприятное для сварщика звуковое излучение дуги, связанное с наличием низкочастотной (f/n) составляющей сварочного тока °

Формула изобретения

Устройство для дуговой сварки, преимущественно в среде защитных газов, содержащее выпрямитель..со средней точкой, набор цепочек, состо- ящих из конденсатора и первичной обмотки высокочастотного силового трансформатора, при этом одна обкладка конденсатора соединена с первичной обмоткой высок частотного. силового трансформатора, тиристоры индуктивности и двухполупериодные сварочные выпрямители, подключенные к клеммам нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я

5 тем, что, с целью повышения выходной мощности выпрямителя без увеличения весогабаритных показателей, в него введены разделительные диоды, двухполупериодный сварочный выпрямитель выполнен. на силовых высокочастотных диодах, вторичные обмотки

-ысокочастотных трансформаторов выполнены со средней точкой, при этом другие обкладки конденсаторов одной пары цепочек соединены со средней точкой выпрямителя, а концы первич. ных обмоток высокочастотных трансформаторов этой пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя через. соответственно включенные тиристоры, 20 другие обкладки конденсаторов второй пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя, а концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов той же пары цепочек - со сред25 ней точкрй выпрямителя через встречно включенные тиристоры, при этом концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов, подсоединенных к одноь9 и тому же плечу выпрямителя, попарно соединены через разделительные диоды, а-начала и концы вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов соединены соответственно друг с другом и подключены

35 через силовые высокочастотные диоды к клемме нагрузки, а средние точки вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов через соответствующие индуктивности.соединены с другой

40 клеммой нагрузки.

ИсточниКи информации принятые во внимание при экспертизе

1. йвторское свидетельство СССР

Р 739819 кл, В 23 К 9/10, 19,10 ° 78 (прототип).

967712

Составитель Г.Чайковский

Редактор Н. Пузенкова Техред N.Ðåðãåëü

Ксрректор А.Гриценко

Заказ 7978/22 Тираж 1153

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

i», f le

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4