КОММУТАТОР АВТОМОБИЛЬНОГО СВАРОЧНОГО АГРЕГАТА Российский патент 2002 года по МПК B23K9/10 B23K9/06 

Изобретение относится к электросварочному оборудованию и может быть использовано в сварочных агрегатах автотранспортных средств, имеющих генераторные установки с внешним возбуждением генератора.

Наиболее близким к предлагаемым заявочным материалам является автомобильный сварочный агрегат по патенту России 2042484 (1-й п. формулы), выбранный заявителем в качестве прототипа. Автомобильный сварочный агрегат содержит выводы для подключения к положительным полюсам генератора и аккумулятора, включенный между указанными выводами управляемый коммутирующий элемент, вывод для подключения положительного внешнего сварочного провода, соединенный цепью сварки с выводом для подключения к положительному полюсу генератора, вывод для подключения к общему отрицательному полюсу генератора и аккумулятора и отрицательному внешнему сварочному проводу, пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента, зависимый от напряжения цепи сварки и связанный с управляющим входом коммутирующего элемента. В качестве коммутирующего элемента используется симистор. Кроме того, агрегат снабжен резистором обратной связи, диодом нелинейного напряжения генератора, зарядным резистором, сигнальной лампочкой, потенциометром, накопительной емкостью, разрядным резистором, защитным герконом и разделительным диодом. Симистор включен между выходной клеммой генератора и входом регулятора напряжения аккумулятора, соединенного через резистор обратной связи с положительным полюсом аккумулятора и катодом диода нелинейного делителя напряжения генератора, состоящего из сигнальной лампочки и потенциометра, ползунок которого подключен через зарядный резистор к общей точке накопительной емкости электродержателя и порогового датчика, например динистора, связанный через разрядный резистор с управляющим электродом симистора, а через закрепленный на токопроводе электродержателя защитный геркон с катодом разделительного диода, подключенного своим анодом к положительному полюсу аккумулятора. Отрицательный полюс аккумулятора подключен к соответствующей отрицательной клемме генератора и зажиму "массы" сварочного агрегата.

Автомобильный сварочный агрегат обеспечивает работу генераторной установки автотранспортного средства в режиме сварки или в режиме зарядки аккумулятора с автоматическим управлением режимами работы.

Недостатки заявленного решения следующие.

Переключение коммутирующего элемента из режима сварки в режим зарядки аккумулятора после гашения дуги производится пороговым датчиком сигнала включения коммутирующего элемента - симистора, при напряжении в цепи сварки заведомо превышающем значение напряжений при горении дуги. Поэтому при недостаточно высоких оборотах двигателя, после гашения дуги (при повышенном, но недостаточном для переключения напряжения), коммутирующий элемент может оставаться в режиме сварки при сохранении работы с разрядом аккумулятора.

Дополнительно напряжение в цепи сварки относительно общего отрицательного полюса генератора и аккумулятора отслеживается пороговым датчиком косвенно через напряжение в цепи сварки относительно положительного полюса аккумулятора, что определяет зависимость работы коммутирующего элемента от напряжения аккумулятора и предполагает его настройку для работы с аккумулятором определенного напряжения: либо 12 либо 24 В.

В заявленном патенте определена задержка сигнала включения коммутирующего элемента посредством реле времени в течение 0,1-0,5 с после гашения дуги при переключении коммутатора из режима сварки в режим зарядки аккумулятора. В этом случае при высоких оборотах двигателя после гашения дуги на генераторе, работающем в режиме холостого хода в течение времени задержки 0,1-0,5 с, возможно появление высокого, опасного для генератора напряжения.

В вышеописанном патенте не предусмотрено и не допускается его схемой увеличение сварочного тока путем параллельного включения сварочных проводов двух и более сварочных агрегатов из-за недопустимого их влияния на работу друг друга, например при неодновременном переключении коммутирующих элементов из режима сварки в режим зарядки аккумулятора или при разных номинальных напряжениях генераторных установок сварочных агрегатов (12 или 24 В).

Указанные недостатки не позволяют получить достаточно высокие эксплуатационные характеристики сварочного агрегата.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик за счет снижения вероятности разряда аккумулятора при выполнении сварочных работ и обеспечение возможности повышения сварочного тока путем параллельного подключения сварочных проводов двух и более сварочных агрегатов.

Техническими результатами решения задачи является снижение зависимости момента переключения коммутирующего элемента из режима сварки в режим зарядки аккумулятора от напряжения цепи сварки и напряжения аккумулятора и исключение влияния коммутирующих элементов на работу друг друга при параллельном включении сварочных проводов сварочных агрегатов.

Коммутатор автомобильного сварочного агрегата, содержащий выводы для подключения к положительным полюсам генератора и аккумулятора, включенный между указанными выводами управляемый коммутирующий элемент, вывод для подключения положительного внешнего сварочного провода, соединенный цепью сварки с выводом для подключения к положительному полюсу генератора, вывод для подключения к общему отрицательному полюсу генератора и аккумулятора и отрицательному внешнему сварочному проводу, пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента, зависимый от напряжения цепи сварки и связанный с управляющим входом коммутирующего элемента, согласно изобретению он снабжен датчиком тока в цепи сварки, подключенным с возможностью подачи сигнала через элемент задержки сигнала на управляющий вход коммутирующего элемента при отсутствии тока в цепи сварки, при этом пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента включен между выводами для подключения положительного и отрицательного полюсов генератора и выполнен с уровнем напряжения срабатывания не менее 75 В.

Кроме того, коммутатор содержит устройство для стабилизации напряжения питания элемента задержки сигнала относительно положительного полюса аккумулятора.

При этом коммутатор снабжен диодом, установленным в цепи сварки.

При применении датчика тока в цепи сварки для подачи сигнала включения коммутирующего элемента после гашения дуги, т.е. для переключения коммутатора из режима сварки в режим зарядки аккумулятора, снимается зависимость момента переключения от напряжения цепи сварки. Однако при этом может иметь место подача сигнала датчиком тока в цепи сварки при кратковременных, моментных снижениях тока в процессе сварки, что приводит к недопустимым переключениям коммутатора из режима сварки в режим зарядки аккумулятора с гашением дуги. Исключение таких переключений с гашением дуги достигается установкой элемента задержки сигнала в цепи датчика тока цепи сварки. При этом экспериментально установленное время задержки указанного сигнала должно составлять не менее 0,2 с. Приведенные решения обеспечивают устойчивое горение дуги в режиме сварки и переключение коммутатора из режима сварки в режим зарядки аккумулятора по истечении времени задержки сигнала датчика тока после гашения дуги, но дают возможность появления недопустимо высокого, опасного для генератора напряжения в цепи сварки в течение времени задержки сигнала включения коммутирующего элемента при высоких оборотах двигателя (при холостом ходе генератора в режиме сварки).

Для защиты генератора от высокого напряжения использован известный по прототипу пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента, но с целью исключения влияния напряжения аккумулятора на напряжение защитного срабатывания пороговый датчик включен непосредственно между выводами для подключения положительного и отрицательного полюсов генератора и для исключения срабатывания порогового датчика в процессе горения дуги, установлено определенное экспериментально напряжение его срабатывания не менее 75 В.

Снабжение коммутатора устройством для стабилизации напряжения питания элемента задержки сигнала относительно положительного полюса аккумулятора приводит к стабилизации в необходимой степени времени задержки сигнала включения коммутирующего элемента при изменениях напряжения в цепи сварки, при разных оборотах двигателя и при изменении напряжения аккумулятора (12 или 24 В).

Для исключения взаимного влияния коммутаторов на их работу при параллельном включении сварочных проводов коммутируемых сварочных агрегатов в цепь сварки включен диод, подключенный к выводу для подсоединения положительного сварочного провода. Диод обеспечивает независимую работу коммутаторов друг от друга при любых сочетаниях режимов и дает возможность параллельного подключения сварочных проводов агрегатов, имеющих генераторные установки с разными номинальными значениями напряжения (12 или 24 В).

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию "новизна".

Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и таким образом соответствует критерию "изобретательский уровень".

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию "промышленная применимость".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой одного из вариантов коммутатора автомобильного сварочного агрегата.

Коммутатор содержит выводы 1 и 2 для подключения соответственно к положительным полюсам генератора и аккумулятора, включенный между указанными выводами коммутирующий элемент - тиристор 3, вывод 4 для подключения внешнего положительного сварочного провода 5, соединенный цепью сварки 6 с выводом 1, вывод 7 для подключения к общему отрицательному полюсу генератора и аккумулятора и внешнему отрицательному сварочному проводу 8. Пороговый датчик 9 сигнала включения тиристора 3 включен между выводами 1 и 7 с напряжением срабатывания 75-100 В и связан цепью подачи сигнала с управляющим входом тиристора 3. Датчик тока 10 цепи сварки 6 выполнен в виде магнитоуправляемых контактов, размещенных в магнитном поле катушки 11. В цепи 6 установлен диод 12. Элемент задержки сигнала 13 датчика тока цепи сварки 6 выполнен из конденсатора 14 и резистора 15 и подключен к выводам 7 и 1, а также через устройство для стабилизации напряжения питания элемента задержки сигнала 13 - стабилитрон 16 - к выводу 2. Характеристика элемента задержки сигнала 13 и напряжение стабилизации его питания определены из условия заряда конденсатора 14 через резистор 15 до напряжения переключения в режим зарядки аккумулятора в течение времени не менее 0,2 с.

Остальные неоговоренные элементы схемы установлены для дополнительной стабилизации работы коммутатора или согласования работы элементов, указанных в признаках коммутатора по предлагаемому изобретению.

При выполнении сварочных работ коммутатор работает следующим образом. На генераторной установке автотранспортного средства отключается положительный полюс аккумулятора от положительного полюса генераторного вывода. К выводам 1, 2, 4, 7 подключаются соответствующие выводы генераторной установки и сварочные провода 5 и 8, которые подключаются к электроду и свариваемому изделию. При работающем двигателе и касании электродом свариваемого изделия по цепи сварки 6 проходит ток короткого замыкания генератора с одновременным снижением напряжения на выходе генератора, вследствие чего тиристор 3 закрывается и датчик тока 10 цепи сварки 6 посредством магнитоуправляемых контактов шунтирует конденсатор 14, исключая тем самым подачу сигнала на управляющий вход тиристора 3. При разрыве цепи между электродом и свариваемой деталью повышается напряжение на выходе генератора до уровня, достаточного для зажигания дуги и выполнения сварки. После гашения дуги и прекращения протекания тока в цепи сварки 6 магнитоуправляемые контакты датчика тока 10 размыкаются, после чего начинается заряд конденсатора 14 элемента задержки сигнала 13 через резистор 15 с повышением напряжения на конденсаторе 14. При превышении напряжения на конденсаторе 14 до значения напряжения аккумулятора начинает протекать ток через управляющий вход тиристора 3, последний открывается и соединяет цепь зарядки аккумулятора. При этом регулятор напряжения генераторной установки устанавливает на выходе генератора его номинальное напряжение 12 или 24 В.

В течение времени заряда конденсатора 14 на выходе генератора может иметь место повышенное напряжение холостого хода режима сварки. В случае превышения указанного напряжения значения срабатывания порогового датчика 9, например при высоких оборотах двигателя, тиристор 3 открывается сигналом порогового датчика 9 до окончания заряда конденсатора 15 с переключением тем самым коммутатора в режим зарядки аккумулятора и со снижением напряжения на генераторе до номинального значения, обеспечивая тем самым защиту генератора от действия недопустимо высокого напряжения. Стабилитроном 16 устанавливается напряжение на резисторе 15, зависимое от напряжения аккумулятора, тем самым стабилизируется время заряда конденсатора 14 до напряжения аккумулятора, т. е. время задержки сигнала включения тиристора 3 датчиком тока 10 в цепи сварки 6 - магнитоуправляемыми контактами, после гашения дуги при разных оборотах двигателя и значениях напряжения аккумулятора 12 или 24 В.

Установленный в цепи сварки 6 диод 12 обеспечивает электрическое разделение цепей сварочных агрегатов при параллельном подключении их сварочных проводов 5 и 8, т.е. независимую работу коммутаторов друг от друга при одновременном получении возможности суммирования их сварочных токов.

Предлагаемый коммутатор позволяет решить проблему использования генераторной установки автотранспортного средства в качестве источника сварочного тока с обеспечением надежного автоматического переключения режимов ее работы и эффективной защиты всех элементов генераторной установки в процессе сварочных работ.

Изобретение относится к сварочному оборудованию и может найти применение в различных отраслях машиностроения в сварочных агрегатах автотранспортных средств, имеющих генераторные установки с внешним возбуждением генератора. Коммутатор имеет выводы 1 и 2 для подключения к положительным полюсам генератора и аккумулятора. Между выводами 1 и 2 включен управляемый коммутирующий элемент 3. Вывод 4 для подключения положительного внешнего сварочного провода 5 соединен цепью 6 сварки с выводом 1. Пороговый датчик 9 сигнала включения коммутирующего элемента 3 зависим от напряжения цепи 6 сварки и связан с управляющим входом коммутирующего элемента 3. Датчик тока 10 в цепи 6 сварки подключен с возможностью подачи сигнала через элемент задержки сигнала 13 на управляющий вход коммутирующего элемента 3 при отсутствии тока в цепи сварки. Пороговый датчик 9 сигнала включения коммутирующего элемента 3 включен между выводами для подключения положительного и отрицательного полюсов генератора и выполнен с уровнем напряжения срабатывания не менее 75 В. Такое выполнение позволяет повысить эксплуатационные характеристики за счет снижения вероятности разряда аккумулятора при выполнении сварочных работ и обеспечить возможность повышения сварочного тока путем параллельного подключения сварочным выводом сварочных проводов двух и более сварочных агрегатов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Коммутатор автомобильного сварочного агрегата, содержащий выводы для подключения к положительным полюсам генератора и аккумулятора, включенный между указанными выводами управляемый коммутирующий элемент, вывод для подключения положительного внешнего сварочного провода, соединенный цепью сварки с выводом для подключения к положительному полюсу генератора, вывод для подключения к общему отрицательному полюсу генератора и аккумулятора и отрицательному внешнему сварочному проводу, пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента, зависимый от напряжения цепи сварки и связанный с управляющим входом коммутирующего элемента, отличающийся тем, что он снабжен датчиком тока в цепи сварки, подключенным с возможностью подачи сигнала через элемент задержки сигнала на управляющий вход коммутирующего элемента при отсутствии тока в цепи сварки, при этом пороговый датчик сигнала включения коммутирующего элемента включен между выводами для подключения положительного и отрицательного полюсов генератора и выполнен с уровнем напряжения срабатывания не менее 75В. 2. Коммутатор автомобильного сварочного агрегата по п.1, отличающийся тем, что он содержит устройство для стабилизации напряжения питания элемента задержки сигнала относительно положительного полюса аккумулятора. 3. Коммутатор автомобильного сварочного агрегата по п.1, отличающийся тем, что он снабжен диодом, установленным в цепи сварки.