ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДУГИ И УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ Российский патент 1996 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к источникам для электродуговой сварки, источникам вторичного электропитания, и может применяться в приборостроении, ювелирном деле, металлоремонте.

Известен источник питания для дуговой сварки, содержащий датчик напряжения дуги, соединенный через ключ с входом сумматора, датчик тока соединенный с усилителем, выход которого соединен со вторым входом сумматора, компаратор, один вход которого соединен с выходом сумматора, а другой с генератором треугольного напряжения (SU, а. с. N 1641543, В 23 К 9/00, 1991).

Это устройство позволяет регулировать ток, напряжение и наклон вольт-амперной характеристики (ВАХ). Однако, это устройство отличается большой сложностью, стоимостью, и не имеет режима сварки одиночными импульсами.

Известно устройство защиты от перегрузки по току, содержащее датчик тока, соединенный с входом компаратора, и источник опорного напряжения, соединенный с другим входом компаратора (SU, а. с. N 1745456, В 23 К 9/10, 1992).

Известно устройство возбуждения дуги, содержащее блок задержки выключения напряжения холостого хода (SU, а. с. N 1690989, В 23 К 9/10, 1991).

Технический результат заявленного устройства заключается в том, что за счет введения устройства возбуждения дуги по моменту отрыва электрода, двухступенчатой схемы защиты от перегрузки по току расширяются технологические возможности, повышается надежность, упрощается конструкция и настройка источника для дуговой сварки, устраняется опасность поражения сварщика электрическим током, уменьшается загрязнение электрода материалом изделия при возбуждении дуги.

Это достигается за счет того, что в момент касания изделия электродом выключены напряжение холостого хода и силовая часть источника. Для возбуждения дуги нужно сначала замкнуть электроды, а затем разомкнуть. Устройство для возбуждения дуги отсчитывает от момент размыкания небольшой промежуток времени и включает силовую схему, которая выдает напряжение холостого хода. От этого момента также происходит отсчет длительности импульса при сварке одиночными импульсами. Промежуток времени выбран таким, чтобы величина зазора между изделием и электродом составляла сотые доли миллиметра. При таких расстояниях пробивное напряжение воздушного зазора не превышает напряжение холостого хода источника сварочного тока (70 В).

Источник снабжен дополнительной ступенью защиты от перегрузки по току, содержащей источник опорного напряжения соединенный с входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с третьим входом сумматора, причем порог срабатывания первой ступени защиты меньше, чем у второй ступени, а время срабатывания первой ступени больше, чем у второй ступени. При возникновении тока, превышающего порог срабатывания обоих ступеней, сначала включается вторая ступень. Благодаря высокому быстродействию второй ступени происходит постоянное включение и выключение блока ключевых транзисторов, и ток колеблется возле порога срабатывания второй ступени. Это происходит до тех пор, пока не начнет работать первая ступень, которая плавно уменьшит ток до порога срабатывания первой ступени. При дальнейшем уменьшении тока отключится и первая ступень.

На рис. 1 изображена структурная схема "Источника питания для дуговой сварки". На рис. 2 изображено устройство возбуждения дуги. На рис. 3 изображено устройство защиты от перегрузки по току. На рис. 4 представлена силовая часть источника сварочного тока.

Источник содержит: датчик 1 короткого замыкания, связанный с блоком 2 отсчета длительности импульса, датчик 3 холостого хода, соединенный с блоком 4 задержки выключения напряжения холостого хода, выход которого подсоединен к триггеру 8, логический элемент 9 на один вход которого через ключ 5 подается сигнал от блока 2 отсчета длительности импульса или уровень логической единицы. Ключ 6, подсоединен к входу установки в единицу триггера 8. Описанные выше элементы образуют устройство 24 для возбуждения дуги.

Датчик 10 напряжения, подсоединенный через ключ 7 к входу сумматора 11, датчик 16 тока, подсоединенный к усилителю 17, выход которого через ключ 25 подсоединен к второму входу сумматора. Дифференциальный усилитель 19, один вход которого подсоединен к датчику тока 16, другой вход к источнику 18 опорного напряжения, а выход к третьему входу сумматора 11. Компаратор 23, один вход которого подсоединен к датчику 16 тока, второй вход подсоединен к источнику 22 опорного напряжения, а выход подсоединен к входу управления компаратора 14. Задатчик 20 соединен с сумматором 11. Генератор 21 подсоединен к входу компаратора 14. Блок 15 ключевых транзисторов подсоединен к выходу компаратора 14.

Силовая часть источника сварочного тока состоит из выпрямителя и импульсного понижающего регулятора, выполненного по стандартной однотактной схеме с однонаправленной передачей энергии и поэтому далее не описывается. Блок 15 в этом регуляторе выполняет роль ключа.

Источник для дуговой сварки работает следующим образом.

Напряжение дуги измеряется датчиком 10 и поступает через ключ 7 на сумматор 11. С датчика тока 16 сигнал поступает на усилитель 17 тока и на усилитель 19 первой ступени защиты от перегрузки по току и на компаратор 23 второй ступени, причем коэффициент усиления усилителя 19 много больше, чем у усилителя 17, что позволяет получить резкое ограничение тока (практически вертикальная линия на выходе вольт-амперной характеристике (ВАХ) источника).

Пороги срабатывания задаются источниками опорного напряжения (ИОН) 18 - для первой ступени и 22 для второй ступени, причем напряжение у ИОН 18 меньше, чем у ИОН 22. С усилителей 17 и 19 сигналы поступают на сумматор 11.

Мощность, выдаваемая источником в нагрузку, регулируется изменением напряжения на задатчике 20, а наклон ВАХ регулируется изменением сопротивления R1 сумматора 11.

С сумматора 11 сигнал пропорциональный мощности подается на вход компаратора 14. На второй вход компаратора 14 подается напряжение с импульсами треугольной формы от генератора 21. На выходе компаратора 14 возникают импульсы прямоугольной формы, поступающие на блок 15 ключевых транзисторов.

При превышении током порога срабатывания ИОН 22 сигнал от компаратора 23 второй ступени защиты от перегрузки по току выключает компаратор 14, который в свою очередь выключает блок 15 ключевых транзисторов.

Сигнал с датчика 3 холостого хода поступает на блок 4 задержки, который задерживает сигнал возникновения напряжения холостого хода, и подает его на вход триггера 8. Если ключ 6 разомкнут, то этот сигнал устанавливает низкий уровень на инверсном выходе триггера 8, а также на выходе логического элемента 9 и выключает компаратор 14, после чего ключевые транзисторы блока 15 будут заперты.

В отключенном состоянии на электрод 12 с отрицательного вывода источника подано напряжение -15 В через высокоомный резистор. При замыкании выводов источника на катоде 12 возникает напряжение ноль вольт и срабатывает датчик 1 короткого замыкания. В момент размыкания электродов датчик 1 короткого замыкания подает сигнал на блок 2 отсчета длительности импульса, сигнал с этого блока устанавливает на инверсном выходе триггера 8 высокий уровень и через ключ 5 устанавливает высокий уровень на входе логического элемента 9. При этом на выходе элемента 9 возникает также высокий уровень, разрешающий работу компаратора 14, который начинает формировать ШИМ-сигнал и подает его на вход блока 15 ключевых транзисторов. При этом на выходе источника сварочного тока возникает напряжение холостого хода, пробивающее воздушный зазор между изделием и электродом. Вслед за этим зажигается сварочная дуга, ток и напряжение которой регулируются схемой управления. По окончании импульса, выдаваемого блоком 2, снимается высокий уровень на выходе логического элемента 9 и отключается компаратор 14. Длительность импульса регулируется резистором R6. Если через ключ 5 на вход логического элемента 9 постоянно подан высокий уровень, то импульсный режим отключен и источник работает в непрерывном режиме.

При возникновении напряжения холостого хода датчик 3 напряжения холостого хода, выдает сигнал, который задерживается блоком 4 задержки выключения холостого хода и поступает на вход установки в единицу триггера 8. На инверсном выходе триггера 8 и на выходе логического элемента 9 устанавливается низкий уровень, выключающий компаратор 14.

Создан действующий макет источника для дуговой сварки, обладающий достаточной простотой конструкции и легкостью настройки, а также хорошей надежностью и безопасностью в работе.

Действующий макет источника для дуговой сварки позволяет производить прецизионную сварку одиночными импульсами. Так на источнике проводилась сварка в ручном режиме проволоки диаметром 0,1 мм.

Использование: изобретение относится к области сварочного производства, в частности, к источникам для электродуговой сварки. Сущность изобретения: источник питания содержит силовую часть, блок управления, устройство защиты от перегрузок по току и устройство возбуждения дуги. Блок управления позволяет регулировать ток, напряжение, наклон вольт-амперной характеристики. Устройство защиты от перегрузки по току содержит датчик тока, два источника опорного напряжения, усилитель, два компаратора, сумматор и генератор пилообразного напряжения. Это устройство обеспечивает быстродействующую и не склонную к самовозбуждению защиту от перегрузки по току. Устройство для возбуждения дуги содержит датчик короткого замыкания, датчик напряжения холостого хода, блок задержки, блок отсчета длительности импульса, триггер и логический элемент "И". Это устройство позволяет легко возбуждать дугу касанием изделия электродом, не вызывая при этом прилипания электрода к изделию, устраняет опасность поражения сварщика напряжением холостого хода, а также проводить сварку одиночными импульсами с точной дозировкой энергии и длительности импульса. 4 ил.

1. Источник питания для дуговой сварки, содержащий силовую часть с блоком ключевых транзисторов, датчик напряжения дуги, соединенный через ключ с входом сумматора, датчик тока, соединенный с усилителем, выход которого соединен со вторым входом сумматора, компаратор, один вход которого соединен с выходом сумматора, другой с генератором треугольного напряжения, а выход компаратора соединен с управляющим входом блока ключевых транзисторов, отличающийся тем, что он снабжен двуступенчатым устройством защиты от перегрузки по току, выход первой ступени которого соединен с третьим входом сумматора, а выход второй ступени соединен с управляющим входом компаратора, а также устройством возбуждения дуги, соединенным с управляющим входом компаратора. 2. Устройство защиты от перегрузки по току, содержащее сумматор, управляемый компаратор, генератор пилообразного напряжения, датчик тока, соединенный с входом компаратора, источник опорного напряжения, соединенный с другим входом компаратора, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной ступенью, содержащей дифференциальный усилитель и второй источник опорного напряжения, соединенный с входом дифференциального усилителя, второй вход дифференциального усилителя соединен с датчиком тока, а выход усилителя соединен с одним из входов сумматора, выход сумматора соединен с входом управляемого компаратора, соединенного с силовой частью, а другой вход управляемого компаратора соединен с генератором пилообразного напряжения, причем порог срабатывания дополнительной ступени защиты меньше, чем у основной ступени, а время срабатывания дополнительной ступени больше, чем у основной ступени. 3. Устройство для возбуждения дуги, содержащее датчик короткого замыкания, датчик напряжения холостого хода, соединенный с блоком задержки выключения напряжения холостого хода, отличающееся тем, что оно снабжено компаратором, блоком отсчета длительности импульса, триггером, логическим элементом И, а также двумя ключами, причем выход блока отсчета длительности импульса соединен с тактовым входом триггера и через ключ с входом логического элемента И, выход триггера соединен с другим входом логического элемента И, выход блока задержки выключения напряжения холостого хода соединен с входом установки в единицу триггера, второй ключ соединен с входом установки в нуль триггера, на информационном входе триггера установлен логический нуль, а выход логического элемента И соединен с управляющим входом компаратора для включения и выключения протекания сварочного тока через ключевые транзисторы силовой части.