Источник постоянного тока для дуговой сварки Советский патент 1986 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим преобразователям электрической энергии, и может найти применение в электросварке, электротермии и как источник вторичного электропитания.

Цель изобретения - повышение надежности электросварочного источника постоянного тока.

На фиг. i изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов на элементах силовой цепи и схемы управления.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель 1, питающийся от промышленной трехфазной сети переменного тока, первый фильтр 2, последовательный тиристорный инвертор 3, трансформатор 4 с первичной 5 и вторичной 6 обмотками, низковольтный выпрямитель 7, второй фильтр 8 и нагрузку 9, а также систему управления инвертором, содержащую цепь 10 обратной связи, вход которой подключен к нагрузке 9, а выход - к линейному входу генератора 11 пилообразного напряжения, датчик 12 тока, вход которого (первичная обмотка трансформатора тока) лрдключен в разрыв цепи первичной обмотки 5 трансформатора 4, а выход (вторичная обмотка) - к выходу первого триггера 13 и к нагрузочному резистору 14.

Выходы триггера 13 подключены к входам первой 15 и второй 16 дифференцирующих цепей, к первым входам первой 17 и второй 18 схем ИЛИ и к первым входам первой 19 и второй 20 схем И, выходы которых подключены к двум входам третьей схемы ИЛИ 21, входам первого 22 и второго 23 усилителей импульсов соответственно и к входам (цепям управления) транзисторных ключей 24 и 25.

Выходы дифференцирующих цепей 15 и 16 подключены к двум входам четвертой схемы ИЛИ 26, выход которой соединен с первым входом второго триггера 27, а выход последнего соединен с вторыми входами схем ИЛИ 17 и 18, выходы которых подключены к входам (цепям управления) транзисторных ключей 28 и 29.

Между выходом низковольтного выпрямителя 7 и общей точкой схемы последовательно включены датчик 30 напряжения, амплитудный селектор 31 и переменный резистор 32, между движком которого и общей точкой включены параллельно две цепи. Первая цепь представляет собой последовательное соединение резистора 33, участка анод-катод диода 34 и конденсатора 35. Между анодом и диодом 34 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 28, а между точкой, образованной катодом диода 34, незаземленной обкладкой конденсатора 35 и первым входом первого сумматора 36 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 24.

Вторая цепь представляет собой последовательное соединение резистора 37, участка анод-катод диода 38 и конденсатора 39. Между анодом диода 38 и общей точкой

схемы включена силовая цепь ключа 29, а между точкой, образованной катодом диода 38, незаземленной обкладкой конденсатора 39 и первым входом второго сумматора 40 и общей точкой схемы включена силовая цепь ключа 25.

Вторые входы сумматоров 36 и 40 объединены и подключены к выходу источника 41 опорного напряжения. Выходы сумматоров 36 и 40 подключены к прямым входам первой 42 и второй 43 схем сравнения

соответственно, выполненных в виде компа0

5

раторов, инвертирующие входы последних объединены и подключены к выходу генератора 11 пилообразного напряжения.

Выходы усилителей 22 и 23 импульсов подключены к управляющим цепям тиристо- 0 ров инвертора 3, а выход схемы ИЛИ 21 подключен к установочному (логическому) входу генератора 11 и к второму входу триггера 27.

К третьему выходу схемы ИЛИ 21 под- 5 ключено пусковое устройство 44. Цепь 10 обратной связи содержит схему 45 сравнения, регулируемый источник 46 опорного напряжения и динамическое звено 47.

На диаграмме 48 (фиг. 2) представлено изменение тока первичной обмотки 5 трансформатора 4, а на диаграмме 49 (фиг. 2) - изменение выходного напряжения выпрямителя 7.

На диаграмме 50 (фиг. 2) представлены импульсы управления, поступающие с усилителей 22 и 23 на тиристоры инвертора 3, на диаграммах 51 и 52 - напряжения на выходах триггеров 27 и 13 соответственно, на диаграммах 53 и 54 - напряжения на выходах соответственно схемы ИЛИ 17 и 18 (на базах транзисторов 28 и 29), на диа- 0 граммах 55 и 56 - напряжения на выходах сумматоров 40 и 36.

Устройство работает следующим образом.

При подключении его к сети появляются напряжения питания узлов системы управления (источник питания не показан). В ис- ходном состоянии пусковое устройство 44 вырабатывает сигнал «1, следовательно, « на выходе схемы ИЛИ 21 на установочном входе генератора 11 и на втором входе триггера 27 также присутствует сигнал «1. При этом генератор 11 заперт, на выходе триггера 27 уровень «О.

Триггер 13 может находиться в любом состоянии. Если, например, это «1, то на первом входе схемы ИЛИ 17, на первом входе схемы И 19 и на входе ключа 28 - 55 единичные сигналы, ключ 28 открыт и замыкает анод диода 34 на общую точку.

Ключ 29 заперт, конденсатор 39 подключен к резистору 32.

При ручном или автоматическом пуске устройство 44 генерирует сигнал «О. Генератор 11, представляющий собой, например, интегратор с разрядным ключом, может вырабатывать нарастающее во времени напряжение при наличии на линейном входе сигнала положительной полярности. Такой сигнал уже присутствует на выходе цепи 10 обратной связи, поскольку эта цепь состоит, например, из схемы 45 сравнения, входы которой подключены к выходному напряжению нагрузки 9 и к выходу регулируемого источника 46 опорного напряжения.

Выходной сигнал схемы сравнения, пропорциональный разности напряжений источника 46 и нагрузки 9 в начальный момент (при закрытых вентилях инвертора 3), максимален. Этот сигнал через динамическое звено 47, которое в зависимости от требуемых динамических характеристик устойчиво и может быть, например, пропорциональным, интегрирующим или апериодическим, поступает на линейный вход генератора 11 пилообразного напряжения. Когда выходной сигнал генератора 11 достигает порога срабатывания компараторов 42 и 43, последние генерируют импульсы. При указанном состоянии триггера 13 только выходной импульс компаратора 42 через схему И 19 попадает на вход усилителя 22, с выхода которого он далее попадает на управляющий электрод одного из тиристоров инвертора 3, обеспечивая его отпирание. Через первичную обмотку 5 трансформатора 4 протекает ток. Этот ток наводит ЭДС во вторичной обмотке датчика 12 тока. Последняя подключена к входу триггера 13 в такой полярности, что состояние его сохраняется.

Ток нагрузки резонансного инвертора имеет колебательный характер, следовательно, через промежуток времени, равный половине периода резонансной частоты инвертора, этот ток, а значит напряжение на входах триггера 13, изменяет полярность, что приводит к изменению состояния триггера 13. Через дифференцирующую цепь 16 положительный перепад напряжения передается на второй вход схемы ИЛИ 26, триггер 27 устанавливается в «1, через схему ИЛИ 18 открывается ключ 29. Если бы исходным состоянием триггера 13 был «О, первый импульс управления был бы сформирован усилителем 23 из выходного сигнала компаратора 43,-что привело бы к включению противофазного тиристора инвертора 3 и к противоположной полярности тока нагрузки в начальный полупериод. Однако и в этом случае состояние триггера 13 сохранилось бы в течение первого полупериода, а при изменении полярности тока нагрузки инвертора дифференцирующая цепь 15 обеспечила бы переход триггера 27 в «1.

Таким образом, формирование очередного импульса возможно на управляющем электроде того тиристора инвертора, в кото5

ром не протекал ток нагрузки по крайней мере в течение последнего полупериода.

Дальнейщее формирование импульсов происходит следующим образом.

Генератор 1I формирует на выходе линейное напряжение, нарастающее во времени со скоростью, определяемой выходным напряжением цепи 10 обратной связи и постоянной времени интегрирующего звена. Это напряжение прикладывается к инвертирующим входам схем 42 и 43 сравнения. К прямым входам схем 42 и 43 приложены напряжения, являющиеся выходными сумматоров 36 и 40, каждое из которых равно сумме напряжения эталонного источника 41 и напряжения на незаземленной обкладке одного из конденсаторов 35 и 39. Если последние напряжения равны, то при полной симметрии схемы выходное напряжение схем 42 и 43 представляет собой равностоящие во времени импульсы, которые в зави0 симости от состояния триггера 13 пропускаются схемами И 19 или 20, усиливаются элементами 22 или 23 и поступают в инвертор 3. Разряд (сброс) генератора 11 и переход триггера 27 в состояние «О происходит при формировании импульса в любом канале,

5 что обеспечивает схема ИЛИ 21. Инвертор работает при постоянной частоте (фиг. 2, интервал времени о-Л).

Допустим, что, начиная с некоторого момента времени ti (фиг. 2), процесс стано0 вится несимметричным. Это влечет за собой неодинаковость абсолютных значений амплитуд тока первичной обмотки трансформатора для положительного и отрицательного (по диаграмме 48 на фиг. 2) полупериодов. Как следствие, отличаются амплитуды выходного напряжения выпрямителя 7 (фиг. 1) на соседних полупериодах (диаграмма 49 на фиг. 2), и следующее сравнение, а значит формирование управляющего импульса для отрицательного полу0 периода тока первичной обмотки трансформатора 4, происходит с опережением, а для положительного - с задержк(эй по отноще- нию к средней длительности полупериода этого тока.

В первом случае инвертору 3 предостав5 ляется меньщее время для рассеяния энергии, записанной в реактивных элементах, т. е. ток первичной обмотки на последующем отрицательном полупериоде и выходное напряжение выпрямителя 7 увеличиваются, а во втором - уменьщаются. Ключи 24 и 25 отпираются выходными импульсами схем И 19 и 20 соответственно, обеспечивая разряд конденсаторов 35 и 39. Этим обеспечивается высокое быстродействие системы: сигнал, несущий информацию о величине тока

5 «запоминается только на один полупериод.

Дифференцирующие цепи 15 и 16, схема

ИЛИ 26, триггер 27 и схемы ИЛИ 17 и 18

необходимы для выделения полупериода

5

данной полярности, т. е. измерение (заряда конденсаторов) происходит от момента вклю чения тиристора до момента перехода через ноль тока первичной обмотки на данном полупериоде.

Более равномерная загрузка силовых элементов в предлагаемом источнике позволяет снизить их средний коэффициент нагрузки. Это повышает надежность изобретения.

,24 55

JT

фиг.

Редактор Е. Копча Заказ 5167/9

Составитель В. Ганюшин

Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Тираж 1001Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-3S, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4