ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ, ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 1995 года по МПК H02J7/10 H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к комплексным устройствам для выполнения сварочных работ, заряда аккумуляторных батарей и пуска двигателя автомашин.

Известно зарядно-пусковое устройство, содержащее согласующий трансформатор, выводами первичной обмотки соединенный с выводами для подключения сети, управляемый выпрямитель, первый датчик тока, подключенный одним выводом к первому выходному выводу, схему импульсно-фазового управления, выходами соединенную с управляющими входами управляемого выпрямителя, задатчик тока и усилитель рассогласования тока, входами подключенный к выходам задатчика и первого датчика тока, задатчик напряжения и усилитель рассогласования напряжения, одним входом соединенный с выходом задатчика напряжения [1]
Указанное устройство выполняет функции заряда аккумуляторных батарей и запуска автомобильных двигателей. Однако его конструкция не обеспечивает автоматизацию процесса заряда аккумуляторных батарей и не позволяет использовать его в качестве сварочного устройства, что является весьма важным особенно для владельцев индивидуальных автомобилей.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматизация процесса заряда аккумуляторных батарей и реализация режима сварки.

Поставленная задача решается тем, что в зарядно-пусковое устройство, содержащее согласующий трансформатор, выводами первичной обмотки соединенный с выводами для подключения сети, управляемый выпрямитель, первый датчик тока, подключенный одним выводом к первому выходному выводу, схему импульсно-фазового управления, выходами соединенную с управляющими входами управляемого выпрямителя, задатчик тока и усилитель рассогласования тока, входами подключенный к выходам задатчика и первого датчика тока, задатчик напряжения и усилитель рассогласования напряжения, одним входом соединенный с выходом задатчика напряжения, введены второй датчик тока, сглаживающий дроссель, генератор тактовых импульсов, входом связанный с выводами для подключения напряжения, пропорционального напряжению сети, два двухпозиционных переключателя, RC-цепь из параллельно включенных резисторов и конденсатора, один вывод которой соединен с первым выходным выводом устройства, а другой с первым переключающимся контактом первого двухпозиционного переключателя, второй переключающийся контакт которого соединен со вторым выходным выводом устройства, общий контакт первого переключателя подключен к выходу положительной полярности управляемого выпрямителя, при этом общий контакт первого переключателя предназначен для подключения к выходу управляемого выпрямителя через первый переключающийся контакт RC-цепи при установке конечного напряжения заряда и для подключения через второй переключающийся контакт второго выходного вывода устройства при работе в режиме заряда аккумуляторных батарей, первый переключающийся контакт второго двухпозиционного переключателя соединен с одним из выводов вторичной обмотки согласующего трансформатора, а второй с промежуточным выводом вторичной обмотки, общий контакт второго переключателя соединен с одним из входных выводов управляемого выпрямителя и предназначен для соединения с первым переключающимся контактом в режиме сварки и со вторым переключающимся контактом в режиме заряда и пуска, второй входной вывод управляемого выпрямителя соединен с вторым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым, синхронизирующим, входом схемы импульсно-фазового управления, выходы усилителя рассогласования тока и напряжения через соответствующие резисторы соединены между собой и со вторым, управляющим, входом схемы импульсно-фазового управления, третий вход которой соединен с общим выводом, сглаживающий дроссель включен между выходом положительной полярности управляемого выпрямителя и третьим выходным выводом, связанным со вторым входом усилителя рассогласования напряжения, второй датчик тока соединен первым выводом с выходом отрицательной полярности и общим выводом, а вторым выводом со свободным выводом первого датчика тока и четвертым выходным выводом, пятый выходной вывод соединен с выходом отрицательной полярности управляемого выпрямителя, первый и второй выходные выводы предназначены для подключения аккумуляторных батарей, третий и четвертый выходные выводы предназначены для подключения электродержателя и свариваемого изделия, третий и пятый выходные выводы предназначены для подключения системы пуска.

Для получения напряжения, пропорционального напряжению питающей сети, подаваемого на вход генератора тактовых импульсов, согласующий трансформатор выполнен со второй вторичной обмоткой, которая соединяется со входом генератора тактовых импульсов.

Для автоматического ограничения максимального сварочного тока между входом задатчика тока и источником стабилизированного напряжения включен резистор ограничения выходного тока.

Введение в известное устройство первого двухпозиционного переключателя, RC-цепи в указанной связи с существующими элементами, а также соединение выходов усилителя рассогласования тока и напряжения между собой через соответствующие резисторы и с управляющим входом схемы импульсно-фазового управления позволяет получить новый положительный эффект, а именно автоматизировать процесс заряда аккумуляторных батарей.

Введение в устройство второго двухпозиционного переключателя, второго датчика тока и сглаживающего дросселя в указанной связи с существующими элементами позволяет получить новый положительный эффект, а именно реализовать режим сварки стабилизированным постоянным током.

На чертеже представлена схема источника питания для сварки, пуска двигателя и заряда аккумуляторных батарей (АБ).

Источник питания содержит согласующий трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, соединенной с выводами 3, 4 для подключения сети и двумя вторичными 5 и 6 обмотками, причем обмотка 5, силовая, выполнена на напряжение для сварочного режима, а ее промежуточный вывод на напряжение для заряда аккумуляторных батарей и пуска двигателей автомашин, обмотка 6 слаботочная (управляющая), управляемый выпрямитель 7, первый 8 и второй 9 датчики тока, причем датчик тока 9 вырабатывает номинальный сигнал при максимальном сварочном токе, первый двухпозиционный переключатель 10, RC-цепь 11, состоящую из параллельно включенных резистора и конденсатора, датчик тока 8 соединен одним выводом с первым 12 выходным выводом источника питания, датчик тока 9 соединен одним выводом с выходом отрицательной полярности управляемого выпрямителя 7 и общим проводом устройства, общий контакт переключателя 10 соединен с выходом положительной полярности управляемого выпрямителя 7, один переключающийся контакт переключателя 10 соединен с вторым 13 выходным выводом источника питания, другой переключающийся контакт с одним выводом RC-цепи, другой вывод RC-цепи соединен с первым выходным выводом источника питания, сглаживающий дроссель 14, одним выводом соединен с выходом положительной полярности управляемого выпрямителя, а другим с третьим 15 выходным выводом источника питания, датчики тока 8 и 9 свободными выводами соединены между собой и с четвертым 16 выходным выводом источника питания.

Источник питания содержит также второй двухпозиционный переключатель 17, первый переключающийся контакт которого соединен с одним из выводов силовой вторичной обмотки 5 согласующего трансформатора, а второй с промежуточным выводом этой обмотки, общий контакт переключателя 17 соединен с одним из входных выводов управляемого выпрямителя 7, другой входной вывод которого соединен со свободным выводом обмотки 5, то есть переключатель 17 в одном положении подключает ко входу управляемого выпрямителя всю вторичную обмотку 5, а в другом часть ее; генератор тактовых импульсов 18, схему импульсно-фазового управления 19, задатчик тока 20, задатчик напряжения 21, резистор ограничения выходного тока 22, усилитель рассогласования тока 23 и усилитель рассогласования напряжения 24.

Генератор тактовых импульсов 18 соединен входными выводами со второй вторичной обмоткой 6 трансформатора 1, а выходом с первым 25 синхронизирующим входом схемы импульсно-фазового управления, выход датчика тока 8 соединен с одним входом усилителя рассогласования тока 23, другой вход которого соединен с выходом задатчика тока 20, один вход усилителя рассогласования напряжения соединен с третьим 15 выходным выводом источника питания, а другой с выходом задатчика напряжения 21, выходы усилителей рассогласования тока и напряжения через соответствующие резисторы соединены между собой и с вторым 26 управляющим входом схемы импульсно-фазового управления, третий 27 вход которой соединен с общим приводом источника питания, выходы 28 и 29 схемы импульсно-фазового управления соединены с соответствующими управляющими входами управляемого выпрямителя 7. Резистор ограничения выходного тока 22 включен между входом задатчика тока 20 и вторичным источником стабилизированного напряжения. Пятый 30 выходной вывод источника соединен с выходом отрицательной полярности управляемого выпрямителя 7. В режиме заряда аккумуляторных батарей нагрузка подключается к первому 12 и второму 13 выходным выводам, в режиме сварки к третьему 15 и четвертому 16 выходным выводам, в режиме пуска к третьему 15 и пятому 30 выходным выводам.

При включении напряжения питающей сети генератор тактовых импульсов 18 преобразует переменное напряжение, поступающее на него с вторичной обмотки 6 трансформатора, в тактовые импульсы с частотой следования 2 f сети, которые подаются на вход 25 схемы импульсно-фазового управления 19 для синхронизации ее с частотой питающей сети.

Схема импульсно-фазового управления вырабатывает импульсы управления, подаваемые на управляемый выпрямитель 7, углы управления которых определяются сигналом, поступающим на управляющий 26 вход схемы и являющимся суммой сигналов на выходах усилителя рассогласования тока 23 и напряжения 24. При отрицательном управляющем сигнале схема импульсов управления не вырабатывает и напряжение на выходе управляемого выпрямителя равно нулю. При положительном управляющем сигнале схема вырабатывает импульсы управления, углы управления которых определяются значением этого сигнала и минимальны при максимальном сигнале и соответственно напряжение на выходе управляемого выпрямителя при изменении управляющего сигнала изменяется от нуля до максимального значения.

В зависимости от установки задатчиков тока 20 и напряжения 21 источник работает в режимах стабилизации выходного тока или стабилизации выходного напряжения.

При одновременной установке задатчиков тока и напряжения в положения, при которых снимаемые с них сигналы равны нулю, на выходе усилителя рассогласования тока 23 под действием подаваемого на его вход небольшого положительного напряжения смещения устанавливается сигнал, равный нулю, а на выходе усилителя рассогласования напряжения 24 устанавливается максимальный отрицательный сигнал.

Следовательно, суммарный сигнал на управляющем входе схемы импульсно-фазового управления отрицателен, и она не вырабатывает импульсов управления.

Для получения режима стабилизации напряжения сначала задатчик тока устанавливается в положение, при котором снимаемый с него сигнал максимален (по модулю). При этом на выходе усилителя рассогласования тока под действием этого сигнала устанавливается максимальный положительный сигнал. Затем задатчик напряжения устанавливается в положение, соответствующее требуемому напряжению на выходе управляемого выпрямителя. Под действием сигнала с задатчика напряжения отрицательное напряжение на выходе усилителя рассогласования напряжения уменьшается (по модулю), в результате чего суммарный сигнал на управляющем входе схемы импульсно-фазового управления становится возрастающим положительным, и на управляемый выпрямитель подаются импульсы управления с уменьшающимися углами управления. На выходе управляемого выпрямителя появляется возрастающее напряжение, которое в соответствующей полярности поступает на другой вход усилителя рассогласования напряжения и начинает компенсировать сигнал с задатчика напряжения. При достижении выходным напряжением управляемого выпрямителя значения, при котором сигнал с задатчика напряжения полностью скомпенсирован, напряжение на выходе усилителя рассогласования напряжения больше не изменяется, а следовательно, не изменяются и углы управления импульсов управления, подаваемых на управляемый выпрямитель и напряжение на выходе управляемого выпрямителя. При изменении в силу каких-либо возмущающих факторов (например, изменения напряжения питающей сети) напряжения на выходе управляемого выпрямителя изменится также напряжение обратной связи на входе усилителя рассогласования напряжения. В результате из-за появившейся нескомпенсированности сигнала с задатчика напряжения, напряжение на выходе усилителя рассогласования напряжения и углы управления импульсов управления изменятся таким образом, что выходное напряжение управляемого выпрямителя будет вновь соответствовать сигналу с задатчика напряжения, то есть реализуется режим стабилизации напряжения.

Для получения режима стабилизации тока сначала задатчик напряжения устанавливается в положение, при котором снимаемый с него сигнал максимален (по модулю), при этом на выходе усилителя рассогласования напряжения устанавливается сигнал, равный нулю. Затем задатчик тока устанавливается в положение, соответствующее требуемому выходному току источника питания. Под действием этого сигнала на выходе усилителя рассогласования тока появляется возрастающий положительный сигнал, а следовательно, и суммарный сигнал на входе схемы импульсно-фазового управления будет возрастающим положительным, и на управляемый выпрямитель подаются импульсы управления. На выходе управляемого выпрямителя появляется возрастающее напряжение, под действием которого в цепи нагрузки появляется возрастающий ток, протекающий через датчик тока 8 или 9 в зависимости от того, к каким выходным выводам подключена нагрузка. Сигнал обратной связи по току, снимаемого с выхода датчика тока 8 или 9, в соответствующей полярности, подается на другой вход усилителя рассогласования тока и начинает компенсировать сигнал с задатчика тока. При достижении выходным током значения, при котором сигнал с задатчика тока полностью скомпенсирован, напряжение на выходе усилителя рассогласования тока больше не изменяется, а следовательно, не изменяются и углы управления импульсов управления, подаваемых на управляемый выпрямитель. В цепи нагрузки протекает установившийся ток, соответствующий сигналу с задатчика тока. При изменении в силу каких-либо возмущающих факторов (например, изменения напряжения питающей сети или сопротивления нагрузки) тока, протекающего в цепи нагрузки, изменится также сигнал обратной связи по току, снимаемого с датчиков тока 8 или 9 и подаваемого на вход усилителя рассогласования тока. В результате появившейся нескомпенсированности сигнала с задатчика тока напряжение на выходе усилителя рассогласования тока и углы управления импульсов управления изменятся таким образом, что выходной ток будет вновь соответствовать сигналу с задатчика тока, то есть реализуется режим стабилизации тока.

В режиме автоматизированного заряда аккумуляторных батарей источник питания работает следующим образом.

До подключения источника к питающей сети органы управления устанавливаются в исходные положения:
переключатель 10 в положение, при котором RC-цепь 11 подключается к выходу управляемого выпрямителя 7;
переключатель 7 в положение, при котором ко входу управляемого выпрямителя 7 подключена часть вторичной обмотки 5 трансформатора 1;
задатчик тока 20 в положение, при котором снимаемый с него сигнал максимален (по модулю);
задатчик напряжения 21 в положение, при котором снимаемый с него сигнал равен нулю.

К выводам 12 и 13 источника подключается заряжаемая аккумуляторная батарея, и источник подключается к питающей сети. Затем задатчиком напряжения на выходе управляемого выпрямителя, нагруженного на RC-цепь, выставляется (задается) конечное напряжение заряда аккумуляторной батареи. После чего задатчик тока устанавливается в положение, при котором снимаемый с него сигнал равен нулю. В результате этого напряжение на выходе управляемого выпрямителя уменьшается до нуля, и переключатель 10 устанавливается в положение, при котором к выходу управляемого выпрямителя подключается заряжаемая аккумуляторная батарея. Задатчиком тока выставляется требуемый ток заряда и осуществляется первый этап заряда стабилизированным током. При этом выходное напряжение управляемого выпрямителя меньше ранее выставленного при работе на RC-цепь и его недостаточно для компенсации сигнала с задатчика напряжения, следовательно, на выходе усилителя рассогласования напряжение равно нулю, и углы управления импульсов управления определяются напряжением на выходе усилителя рассогласования тока. По мере заряда аккумуляторной батареи напряжение на выходе управляемого выпрямителя, требуемое для поддержания заданного тока, растет и, соответственно, растет напряжение обратной связи, подаваемое на вход усилителя рассогласования напряжения. После того, как напряжение обратной связи начнет превышать сигнал с задатчика напряжения, напряжение на выходе усилителя рассогласования напряжения будет изменяться таким образом, чтобы, изменяя углы управления управляющих импульсов, препятствовал дальнейшему увеличению напряжения на выходе управляемого выпрямителя.

С другой стороны, прекращение роста выходного напряжения управляемого выпрямителя при продолжающемся заряде аккумуляторной батареи приведет к уменьшению выходного (зарядного) тока и, соответственно, сигнала обратной связи по току, снимаемого с датчика тока 8.

Следовательно, сигнал, снимаемый с задатчика тока, перестает быть скомпенсированным и на выходе усилителя рассогласования тока устанавливается положительный сигнал, а углы управления импульсов управления определяются напряжением на выходе усилителя рассогласования напряжения, то есть источник питания автоматически переходит на режим стабилизации напряжения, значение которого ранее задано уставкой задатчика напряжения. Дальнейший заряд аккумуляторной батареи происходит при стабилизированном напряжении с одновременным уменьшением заряда тока.

Таким образом реализуется автоматизация процесса заряда аккумуляторной батареи.

В режиме сварки стабилизированным током источник питания работает следующим образом.

До подключения источника к питающей сети органы управления устанавливаются в исходные положения:
переключатель 10 в произвольном положении;
переключатель 17 в положение, при котором ко входу управляемого выпрямителя 7 подключена вся вторичная обмотка 5 трансформатора 1;
задатчик тока 20 в положение, при котором снимаемый с него сигнал равен 0,5-0,8 от максимального (по модулю);
задатчик напряжения 21 в положение, при котором снимаемый с него сигнал максимален (по модулю).

К выводам 15 и 16 подключаются электрододержатель и свариваемое изделие, и источник питания подключается к питающей сети. Под воздействием сигналов, поступающих на входы усилителей рассогласования тока и напряжения с задатчиков тока и напряжения соответственно и в связи с отсутствием сигнала обратной связи по току (цепь нагрузки разомкнута), снимаемого с датчиков тока 8 и 9, схема импульсно-фазового управления вырабатывает и подает на управляемый выпрямитель импульсы управления с минимальными углами управления. Выходное напряжение управляемого выпрямителя максимально и достаточно для надежного зажигания электрической дуги. После зажигания дуги через датчик тока 9 протекает сварочный ток, и с датчика снимается сигнал, пропорциональный току, который через датчик тока 8 поступает на вход усилителя рассогласования тока. В результате сравнения этого сигнала с сигналом с задатчика тока 20 напряжение на выходе усилителя рассогласования тока и углы управления импульсов управления, вырабатываемые схемой импульсно-фазового управления, изменяются таким образом, что в цепи нагрузки устанавливается сварочный ток, при котором сигнал, снимаемый с датчика тока 9, компенсирует сигнал с задатчика тока 20, то есть при этом значение сварочного тока соответствует сигналу с задатчика тока.

При изменении в силу каких-либо внешних воздействий сварочного тока, пропорциональное изменение сигнала с датчика тока 9 через усилитель рассогласования тока и схему импульсно-фазового управления приведет к такому изменению напряжения на выходе управляемого выпрямителя, что сварочный ток будет вновь соответствовать сигналу с задатчика тока, то есть сварочный ток стабилизирован.

Требуемый сварочный ток, оптимальный для конкретных сварочных работ, плавно устанавливается изменением сигнала с задатчика тока 20. Максимальный сварочный ток получается при максимальном (по модулю) сигнале с задатчика тока 20. Этот сигнал, то есть максимальный сварочный ток, может быть однозначно определен значением резистора ограничения выходного тока 22. Таким образом осуществляется автоматическое ограничение сварочного тока на заданном уровне. Дроссель 14 сглаживает пульсации сварочного тока, что обеспечивает устойчивость горения дуги и высокое качество сварочного шва.

При пуске двигателя источник питания работает в режиме стабилизации напряжения без автоматического ограничения выходного тока, так как этот ток не протекает через датчик тока 8 и 9 и, следовательно, сигнал обратной связи по току отсутствует.

АО "Муроммашзавод" освоен серийный выпуск источников питания, разработанных с использованием технических решений настоящей заявки, и все режимы работы, приведенные в настоящем описании, отражены в технических условиях на выпускаемые источники.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к комплексным устройствам для выполнения сварочных работ, зарядки аккумуляторных батарей и запуска двигателя автомобилей. Сущность изобретения: в результате применения изобретения реализуется режим сварки стабилизированный постоянным током с автоматическим токоограничением. Устройство содержит соединенные электрическими связями согласующий трансформатор 1, управляемый выпрямитель 7, датчики тока 8, 9, первый двухпозиционный переключатель 10, RC-цепь 11, сглаживающий дроссель 14, второй двухпозиционный переключатель 17, генератор тактовых импульсов 18, систему импульсно-фазового управления 19 с регуляторами тока и напряжения, задатчик тока 20, задатчик напряжения 21, резистор ограничения выходного тока 22. Устройство обеспечивает высококачественную сварку стабилизированным постоянным током с автоматическим токоограничением. Сварочная дуга легко зажигается и устройство горит во всем диапазоне плавного регулирования сварочного тока. Кроме этого, сохраняется возможность автоматизированного режима заряда аккумуляторных батарей и режима запуска двигателя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ, ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, содержащий согласующий трансформатор, выводами первичной обмотки соединенный с выводами для подключения сети, управляемый выпрямитель, первый датчик тока, подключенный одним выводом к первому выходному выводу, схему импульсно-фазового управления, выходами соединенную с управляющими входами управляемого выпрямителя, задатчик тока и усилитель рассогласования тока, входами подключенный к выходам задатчика и первого датчика тока, задатчик напряжения и усилитель рассогласования напряжения, одним входом соединенный с выходом задатчика напряжения, отличающийся тем, что введены второй датчик тока, сглаживающий дроссель, генератор тактовых импульсов, входом связанный с выводами для подключения напряжения, пропорционального напряжения сети, два двухпозиционных переключателя, RC-цепь из параллельно включенных резистора и конденсатора, один вывод которой соединен с первым выходным выводом источника питания, а другой с первым переключающимся контактом первого двухпозиционного переключателя, второй переключающийся контакт которого соединен с вторым выходным выводом источника питания, общий контакт первого переключателя подключен к выходу положительной полярности управляемого выпрямителя, при этом общий контакт первого переключателя предназначен для подключения к выходу управляемого выпрямителя через первый переключающийся контакт RC-цепи при установке конечного напряжения заряда и для подключения через второй переключающийся контакт второго выходного вывода источника питания при работе и в режиме заряда аккумуляторных батарей, первый переключающийся контакт второго двухпозиционного переключателя соединен с одним из выводов вторичной обмотки согласующего трансформатора, а второй с промежуточным выводом вторичной обмотки, общий контакт второго переключателя соединен с одним из входных выводов управляемого выпрямителя и предназначен для соединения с первым переключающимся контактом в режиме сварки и с вторым переключающимся контактом в режимах заряда и пуска, второй входной вывод управляемого выпрямителя соединен с вторым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым синхронизирующим входом схемы импульсно-фазового управления, выходы усилителей рассогласования тока и напряжения через соответствующие резисторы соединены между собой и с вторым управляющим входом схемы импульсно-фазового управления, третий вход которой соединен с общим проводом, сглаживающий дроссель включен между выходом положительной полярности управляемого выпрямителя и третьим выходным выводом, связанным с вторым входом усилителя рассогласования напряжения, второй датчик тока соединен первым выводом с выходом отрицательной полярности управляемого выпрямителя и общим проводом, а вторым выводом со свободным выводом первого датчика тока и четвертым выходным выводом, пятый выходной вывод соединен с выходом отрицательной полярности управляемого выпрямителя, первый и второй выходные выводы предназначены для подключения аккумуляторной батареи, третий и четвертый выходные выводы предназначены для подключения электрододержателей и свариваемого изделия, третий и пятый выходные выводы предназначены для подключения системы пуска. 2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что согласующий трансформатор выполнен с второй вторичной обмоткой, соединенной с входом генератора тактовых импульсов. 3. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что введен резистор ограничения выходного тока, включенный между входом задатчика тока и источником стабилизированного напряжения.