Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора Советский патент 1984 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварке, в частности к ручной сварке электрическим током, предназначено для ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов и может быть использовано в любой области, где применяются ручная электродуговая сварка переменным токОм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ограничитель холостого хода сварочного трансформатора, содержащий два трансформатора, включенных последовательно в цепь дуги, конденсатор, щунтирующий вторичную обмотку сварочного трансформатора, автогенератор повыщенной частоты, однополюсный силовой коммутатор на тиристоре в одной фазе первичной обмотки сварочного трансформатора и цепь управления . коммутатором, содержащую усилитель 2.

Однако в известном ограничителе возможно появление полного напряжения холостого хода на электроде в случае пробоя тиристора в силовом коммутаторе. В устройство необходимо вводить силовую сварочную цепь, что является причиной ртказов из-за большой токовой нагрузки на вводных зажимах. Затрудняется также процесс сварки из-за отсутствия выдержки времени на отключение при разрыве дуги.

Указанные недостатки снижают электробезопасность сварочных работ и надежность устройства в работе.

Цель изобретения состоит в повышении надежности устройства при одновременном обеспечении техники безопасности.

Цель достигается тем, что в ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора, содержащий силовой вентильный коммутатор в первичной обмотке сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, цепь трансформаторов, конденсатор, причем первичная обмотка одного трансформатора и вторичная обмотка другого соединены последовательно, одна из вторичных обмоток одного трансформатора соединена с входом ключа, а одна из первичных обмоток другого тран-сформатора - с выходом автогенератора повышенной частоты, введены дополнительный коммутатор, подключенный к свободному зажиму первичной обмотки сварочного трансформатора, датчики состояния вентилей элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ элемент ИЛИ, RS-триггер, элемент выдержки времени и датчик напряжения, подключенный параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора, при этом выходы коммутаторов соединены с входами датчиков состояния вентилей, выходы последних подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, его выход - к входу элемента ИЛИ, выход последнего подключен к входу блока управления коммутатором, причем второй вход элемента ИЛИ подключен к инверсному выходу RS-триггера, R-вход которого через элемент выдержки времени подключен к выходу датчика напряжения, а S-вход подключен к выходу указанного клю5 ча, при этом цепь трансформаторов с последовательно соединённым конденсатором подключена параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Кроме того, коммутатор выполнен на си0 мисторах.

На чертеже показана структурная схема предложенного ограничителя напряжения холостого хода.

Последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора 1 включены

5 симисторы 2, образующие двухполюсный силовой коммутатор 3, управляемый блоком 4 управления. К симисторам коммутатора подключены датчики состояния 5 симисторов, которые фиксируют их открытое или закрытое состояние. Выходы датчиков состояния симисторов подключены к логическому элементу 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, реализующему логическую функцию «1« и только «1. Сигнал логической единицы «1 на выходе этого элемента формируется

5 только в том случае, если на один из входов подается сигнал «I, а на второй - сигнал логического нуля «О. Такая комбинация входных сигналов получается в случае пробоя одного из симисторов. Цри исправных симисторах на вход элемента 6 подаются

0 сигналы «О и «О (коммутатор открыт, ведется сварка) или «1 и «1 (коммутатор закрыт, сварка не ведется). К выходу логического элемента 6 подключены цепь 7 сигнализации о пробое одного из симисторов и один из входов логического элемен5 та ИЛИ 8, соединенного с системой управления коммутатора.

К второму входу элемента 8 подключен инверсный выход RS-триггера 9, который имеет вспомогательную цепь установки нуля S-вход триггера соединен с ключевым усилителем 10 дискретного действия, который содержит усилительный элемент 11 с ограничителем 12 напряжения на входе. Усилитель соединен с вторичной обмоткой трансформатора 13. Его одновитковая первичная обмотка соединена последовательно с одновитковой вторичной обмоткой трансформатора 14 и конденсатором 15. Последовательная цепь, состоящая из одновитковой первичной обмотки трансформатора 13, одновитковой вторичной обмотки трансформатора 14 и конденсатора 15, подключена параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора 14 соединена с автогенератором 16 повышенной частоты.

R-вход триггера подключен к цепи 17 выдержки времени, которая содержит элемент задержки 18 и пороговый элемент 19. Цепь выдержки времени соединена с датчиком напряжения 20, содержащим выпрямитель 21 с фильтром и трансформатором 22. Датчик напряжения включен на вторичное напряжение сварочного трансформатора и дает постоянное напряжение, пропорциональное напряжению на электроде. Пороговый элемент цепи выдержки времени выполнен тем, что закрыт при рабочем напряжении на электроде (20-40 В) и открыт при напряжении холостого хода (60-75 В). В качестве датчиков состояния симисторов может быть использован любой датчик состояния вентилей, дающий информацию о закрытом и открытом состоянии вентилей 1. Ограничитель работает следующим обВ исходном состоянии первичная обмотка трансформатора 14 возбуждена от автогенератора 16. Высокочастотный контур, образованный вторичной обмоткой трансформатора 14, первичной обмоткой трансформатора 13, конденсатором 15, сварочными проводами 23 и 24, разомкнут большим (для высокой частоты) индуктивным сопротивлением вторичной обмотки сварочного трансформатора. Напряжение на входе усилителя 10 отсутствует, пороговый элемент 19закрыт, поэтому на обоих входах RS-триггера 9 имеются сигналы логического нуля. На его инверсном выходе будет сигнал «1, так как при подаче напряжения питания триггер приведен в требуемое исходное положение цепью установки нуля (не показана). Сигнал «1 подается на вход элемента 8, на выходе которого также будет «1. Напряжение логической единицы на выходе элемента 8 является запираюпГим, которое накладывает запрет на работу блока 4 управления коммутатором. Поэтому симисторы 2 закрыты, сварочный трансформатор 1 отключен от сети, напряжение на электроде отсутствует. Для включения сварочного трансформатора 1 и ведения сварки достаточно прикоснуться электродом 25 к изделию 26. При этом высокочастотчный контур замыкается через сопротивление контура между электродом 25 и изделием 26. Если.это сопротивление не превышает величины 200- 300 Ом, определяемой чувствительностью ограничителя, между трансформаторами 14 и, 13 образуется электромагнитная связь по высокой частоте через высокочастотный контур, замкнутый между электродом и изделием. На вторичной обмотке трансформатора 13 появляется напряжение высокой частоты, которое включает ключевой усилитель 10 и подает на S-вход триггера 9 сигнала «1. При этом триггер переключается и на его инверсном выходе появляется сигнал логического нуля. При исправных симисторах 2 на втором входе элемента 8 также будет «О, поэтому на его выходе получается состояние «О. С блока управления 4 снимается запрет, управляющие напряжения от системы управления 4 поступают на симисторы 2 и коммутатор 3 открывается. В результате сварочный трансформатор 1 подключается к сети, на электрод 25 кратковременно подается полное напряжение холостого хода, которое возбуждает дугу, а затем устанавливается рабочее напряжение на электроде. При этом пороговьш элемент 19 закрыт, поэтому триггер 9 сохраняет свое состояние до конца сварки. При кратковременных (до 1 с) перерывах сварки напряжение на электроде сохраняется, так как снятие сигнала с S-входа триггера 9 и его повторная подача на этот же вход не изменяет состояние триггера. Это облегчает выполнение вертикальных и потолочных швов. После прекращения сварки сварочный трансформатор 1 отключается от сети и с электрода 25 полностью снимается напряжение, что происходит следующим образом. При разорванной цепи дуги, но подключенном к сети трансформаторе его индуктивность резко уменьшается, поэтому сигнал на входе усилителя 10 и состояние триггера 9 могут сохраниться. Обеспечение отключения сварочного трансформатора 1 от сети при указанных условиях обеспечивается за счет датчика 20 напряжения и порогового элемента 19. При разрыве цепи дуги напряжение на электроде 25 и на выходе датчика 20 напряжения скачкообразно возрастают: При этом открывается пороговый элемент 19 и с выдержкой времени до 1 с за счет элемента задержки 18 на R-вход триггера 9 подается сигнал сброса. При этом триггер возвращается в исходное положение, а на его инверсном выходе появляется сигнал «1, который передается через элемент 8 и накладывает запрет (запирающее напряжение) на блок 4 управления симисторами 2. В результате происходит запирание 3 и снятие напряжения с электрода 25. В случае пробоя одного из силовых симисторов на соответствующий вход элемента 6 подаётся сигнал «1, а на втором входе остается «О.. Тогда выходной сигнал принимает значение «1, в результате чего через элемент 8 на блок 4 управления подается запрет, и исправный симистор запирается. После этого прикосновение электрода 25 к изделию 26 не может- вызвать включение коммутатора 3 и напряжение на электроде. Одновременно цепь сигнализации 7 сообщает о неисправности. Рабочая частота автогенератора выбрана из условия, чтобы не происходило ложное срабатывание ограничителя через комплексное српротивление Z, обусловленное индуктивным сопротивлением X вторичной обмотки сварочного трансформатора, отклю ченного от сети, и сопротивлением R тела человека. Комплексное сопротивление Z должно быть больше уставки чувствительных RycT ограничителя, т. е. Как известно, при параллельном соеди нении участков проводимость цепи j гт: :гх Z Ri XS VRZ Х Принимая во внимание, что X 2SfL, получаем f RRytT «ГЬСР -рг ) частота автогенератора; индуктивность вторичной ки сварочного трансформатора, отключенного от сети. По сравнению с известным предложенный ограничитель имеет следующие технико-экономические преимущества. Двухполюсное исполнение коммутатора повыщает электробезопасность сварочных работ, так как в случае пробоя одного из симисторов второй симистор обеспечивает снятие напряжения с электрода и невозможность включения до устранения неисправности, причем имеется сигнализация о пробое симистора. Повышается надежность в работе и удобство в эксплуатации, в результате исключения необходимости ввода в ограничитель силовых проводов сварочной цепи и обеспечения выдержки времени на отключение. В качестве базового объекта принят ограничитель напряжения холостого хода типа УСНТ-06. К недостаткам устройства относятся низкая надежность в работе из-за контактного исполнения силовой цепи и цепей управления, чувствительность к коротким замыканиям сварочной цепи и недостаточный диапазон токов сварки. По сравнению с базовым объектом предложенный ограничитель имеет следующие преимущества: нечувствительность к коротким замыканиям сварочной цепи, неограниченный диапазон токов сварки и отсутствие силовых проводов сварочной цепи. Бесконтактное исполнение силовой цепи и цепей управления обеспечивает высокую надежность в работе, большой срок службы и современный уровень.

1. ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО ХОДА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА, содержащий силовой вентильный коммутатор в первичной обмотке сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, цепь трансформаторов, конденсатор, причем первичная обмотка одного трансформатора и вторичная обмотка другого соединены последовательно, одна из вторичных обмоток одного трансформатора соединена с входом ключа, а одна из первичных обмоток другого трансформатора - с выходом автогенератора повышенной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном обеспечении условий техники безопасности, в него введены дополнительный коммутатор, подключенный к свободному зажиму первичной обмотки сварочного трансформатора, датчики состояния вентилей, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, RSтриггер, элемент выдержки времени и датчик напряжения, подключенный параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора, при этом выходы коммутаторов соединены с входами датчиков состояния вентилей, выходы последних подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЙ ИЛИ, его выход - к входу элемента ИЛИ, выход последнего подключен к входу блока управления коммутатором, причем второй вход i элемента ИЛИ подключен к инверсному выходу RS-триггера, R- вход которого через (Л элемента выдержки времени подключен к выходу датчика напряжения, а S-вход подключен к выходу указанного ключа, при этом цепь трансформаторов с последовательно соединенным конденсатором подключена параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора. 2. Ограничитель по п. 1, отличающийся тем, что коммутатор выполнен на симисторах. о | 4