ОДНОФАЗНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/95 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано для электродуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка.

Известен однофазный сварочный выпрямитель, содержащий трансформатор с двумя вторичными обмотками большего и меньшего напряжения, сглаживающий дроссель, два диода и четыре тиристора, соединение которых между собой, с выводами трансформатора и с выходной цепью обеспечивает получение двух управляемых выпрямительных мостов с общей диагональю, реализующих работу устройства в режимах сварки, заряда аккумуляторов и стартерного пуска двигателей автомобилей [1]
К недостаткам известного выпрямителя можно отнести большие габариты, масса и стоимость сглаживающего дросселя, включенного последовательно в сварочную цепь. При этом дополнительная индуктивность в сварочной цепи ограничивает скорость нарастания тока при коротком замыкании дугового промежутка. Кроме того, перенос электродного металла сопровождается повышенным разбрызгиванием, так как разрушение перемычки происходит при большой величине тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является сварочный выпрямитель [2] содержащий трансформатор, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, фазорегулирующее устройство, блок управления тиристорами выпрямителя, два пороговых устройства и блок подпитки, состоящий из дополнительного выпрямителя, дросселя и балластного резистора.

Выпрямитель обеспечивает одновременное питание дуги от малоамперного блока подпитки и тиристорного выпрямителя, что повышает стабильность горения дуги и позволяет исключить из цепи тиристорного выпрямителя сглаживающий дроссель. При этом улучшаются массогабаритные показатели выпрямителя. Предложенный алгоритм работы выпрямителя предусматривает ограничение тока в сварочной цепи при коротком замыкании межэлектродного промежутка путем запрета включения выпрямителя, что предотвращает "примерзание" электрода к изделию при начальном возбуждении дуги.

Недостатком известного выпрямителя является зависимость характера разрушения перемычки от длительности короткого замыкания. В частности, если короткое замыкание начинается и заканчивается в одном полупериоде при включенных тиристорах, то вследствие невозможности их отключения до конца полупериода разрыв перемычки будет происходить при текущем значении тока короткого замыкания тиристорного выпрямителя, величина которого может достигать амплитудного значения, что приводит к повышенному разбрызгиванию электродного металла.

Если же короткое замыкание заканчивается в одном из последующих полупериоде, то в соответствии с алгоритмом ток в сварочной цепи ограничивается до величины, определяемой малоамперным блоком подпитки. В этом случае длительность короткого замыкания затягивается, что приводит к нарушению технологической устойчивости.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей выпрямителя путем повышения технологической устойчивости и уменьшения разбрызгивания электродного металла.

Указанная цель достигается тем, что в известный выпрямитель, содержащий трансформатор, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, фазорегулирующее устройство, блок управления тиристорами выпрямителя, два пороговых устройства и блок подпитки, введен симметричный тиристор, подключенный к входу тиристорного выпрямителя параллельно основной вторичной обмотке трансформатора, блок управления симметричном тиристором и линия задержки, вход которой соединен с выходом первого порогового устройства, а выход с запрещающими входами блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами выпрямителя, при этом разрешающие входы блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами соединены с выходом второго порогового устройства, а входы первого и второго пороговых устройств подключены к дуговому промежутку.

На фиг. 1 представлена функциональная схема сварочного выпрямителя; на фиг. 2 временные диаграммы сварочного тока и напряжения на дуговом промежутке.

Однофазный сварочный выпрямитель для дуговой сварки покрытыми электродами содержит трансформатор 1, параллельно вторичной обмотке 2 которого подключены симметричный тиристор 3 и двухполупериодный тиристорный выпрямитель 4, а к дополнительной вторичной обмотке 5 подключен блок подпитки 6, выход которого соединен параллельно с выходом двухполупериодного тиристорного выпрямителя 4 и дуговым промежутком 7. К дуговому промежутку 7 также подключены входы первого 8 и второго 9 пороговых устройств. Кроме того, выпрямитель содержит блок управления тиристорами выпрямителя 10 блок управления симметричным тиристором 11, запрещающие входы которых подключены через линию задержки 12 к выходу первого порогового устройства 8, а разрешающие входы к выходу второго порогового устройства 9. Выход фазорегулирующего устройства 13 соединен с управляющим входом блока управления тиристорами выпрямителя 10, а выход с дополнительной вторичной обмоткой 5 трансформатора 1.

Сварочный выпрямитель работает следующим образом.

При подаче на вход трансформатора 1 напряжения сети на выходе блока подпитки 6, а следовательно, и на дуговом промежутке 7 появляется напряжение холостого хода, достаточное для возбуждения дуги (фаза 1, фиг. 2). Это напряжение поступает на входы пороговых устройств 8 и 9. В пороговом устройстве 8 оно сравнивается с пороговым напряжением U₀₁, величина которого меньше напряжения холостого хода, но больше напряжения дуги, а в пороговом устройстве 9 с пороговым напряжением U₀₂, величина которого больше суммы падений напряжений на перемычке жидкого металла и в вылете электрода, но меньше напряжения на дуговом промежутке при горении дуги.

В момент возбуждения дуги путем закорачивания электрода на изделие напряжение на дуговом промежутке 7 уменьшается до величины падения напряжения в вылете электрода (фаза 2, фиг. 2). При достижении им значения меньше порога срабатывания U₀₁ пороговое устройство 8 формирует сигнал, запускающий линию задержки, которая на время τ₃ запрещает работу блока управления тиристорами выпрямителя 10 и блока управления симметричным тиристором 11. Тиристоры основного выпрямителя и симметричный тиристор 3 находятся в непроводящем состоянии. Возбуждение дуги в этот момент времени возможно только от малоамперного блока подпитки 6, обеспечивающего минимальное значение тока короткого замыкания, следовательно, "примерзания" электрода к изделию в момент касания не происходит.

При отрыве электрода от изделия возбуждается малоамперная дуга (фаза 3, фиг. 2). По истечении длительности запрета линия задержки 3 снимает блокировку с блока управления тиристорами выпрямителя 10 и блока управления симметричным тиристором 11 и по сварочной цепи начинает протекать суммарный ток от блока подпитки 6 тиристорного выпрямителя 4 (фаза 4, фиг. 2). Угол включения тиристоров выпрямителя 4 задается фазорегулирующим устройством 13, определяющим действующее значение сварочного тока.

Во втором пороговом устройстве 9 напряжение дугового промежутка 7 постоянно сравнивается с опорным напряжением U₀₂. При образовании капли электродного металла и ее росте дуговой промежуток сокращается, напряжение дуги уменьшается и при достижении им величины U₀₂ второе пороговое устройство 9 выдает сигнал с начала короткого замыкания (фаза 5, фиг. 2). По этому сигналу независимо от фазорегулирующего устройства 13 включаются тиристоры выпрямителя 4, обеспечивая ускоренный переход капли электродного металла. На завершающей стадии короткого замыкания (фаза 6, фиг. 2) напряжение на дуговом промежутке 7 начинает расти и при достижении им величины U₀₂ второе пороговое устройство 9 выдает сигнал на включение симметричного тиристора 3. При этом в зависимости от текущего полупериода отпирается один из симметричных тиристоров шунтирующий вход выпрямителя 4. Тиристоры выпрямителя 4 переходят в непроводящее состояние, вызывая скачкообразное уменьшение тока до величины, равной току короткого замыкания блока подпитки 6. Разрыв перемычки и возбуждение дуги происходит при малом токе (фаза 7, фиг. 2) практически без разбрызгивания. После окончания полупериода симметричный тиристор переходит в непроводящее состояние, а тиристоры выпрямителя 4 включаются в момент, установленный фазорегулирующим устройством 13 (фаза 8, фиг. 2), и процесс продолжается.

Проведенные испытания заявляемого сварочного выпрямителя показали, что введение дополнительных элементов и блоков (симметричного тиристора, блока управления симметричным тиристором и линии задержки) обеспечивает расширение технологических возможностей выпрямителя посредством повышения технологической устойчивости процесса сварки и уменьшения разбрызгивания электродного металла.

Использование: электродуговая сварка плавящимся электродом. Однофазный выпрямитель с электронным регулированием тока обеспечивает высокую устойчивость процесса при сварке на малых токах (15-90 А), что позволяет сваривать тонколистовые конструкции (0,8-1,5 мм) из углеродистых и высоколегированных сталей электродами диаметром 2,6-3,25 мм. При сварке металла больших толщин повышается качество сварного соединения за счет повышенного динамического воздействия дуги на сварочную ванну, увеличения глубины переплавления и улучшения условий кристаллизации металла. Легкое возбуждение и высокая стабильность горения дуги, незначительные потери металла на разбрызгивание и высокие энергетические показатели, широкий диапазон плавного регулирования тока и удобство в работе обеспечивают успешное применение выпрямителя в бытовых условиях, для сантехнических работ, на малых предприятиях, в авторемонтных мастерских. Однофазный выпрямитель содержит трансформатор, тиристорный выпрямитель с блоком управления и подпитки, фазорегулирующее устройство, два пороговых устройства, а также симметричный тиристор с блоком управления и линию задержки. 2 ил.

Однофазный сварочный выпрямитель преимущественно для дуговой сварки покрытыми электродами, содержащий трансформатор с несколькими вторичными обмотками, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, блок подпитки, фазорегулирующее устройство, блок управления тиристорами выпрямителя и два пороговых устройства, отличающийся тем, что в него введен симметричный тиристор, подключенный к входу тиристорного выпрямителя параллельно основной вторичной обмотке трансформатора, блок управления симметричным тиристором и линия задержки, вход которой соединен с выходом первого порогового устройства, а выход с запрещающими входами блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами выпрямителя, при этом разрешающие входы блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами выпрямителя соединены с выходом второго порогового устройства, выход блока управления симметричным тиристором соединен с управляющим электродом симметричного тиристора, дополнительная обмотка трансформатора соединена с входом блока подпитки и фазорегулирующего устройства, выход которого соединен с входом блока управления тиристорами выпрямителя, входы первого и второго пороговых устройств подключены к выходам тиристорного выпрямителя и блока подпитки, соединенными параллельно между собой.