Устройство для сварки магнитоуправляемой дугой Советский патент 1986 года по МПК B23K9/08 

Изобретение относится к электросварочной технике, а более конкретно к устройствам питания электродуговых плазмотронов с магнитным управлением дугой.

Цель изобретения - повышение КПД и обеспечение возможности управления электрическими характеристиками дуги

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства для сварки магнитоуправляемой дугой; на фиг. 2 - электродуговой канал со схематичным изображением взаимного расположения катушек, поперечный разрез; на фиг. 3 - временные диаграммы управляющих импульсов на тиристорах и токов через катушки.

Устройство для сварки магнитоуправляемой дугой (фиг. 1) содержит электрическую цепь питания из последовательно включенных электродуговой горелки (или плазмотрона), имеющей электрод (катод 1) и второй электрод - сопло, источника 2 постоянного напряжения и электрической схемы, состоящей из двух параллельных ветвей, В первую ветвь входят тиристор 3 и последовательно с ним соединенный тиристорный мост из управляемых вентилей - тиристоров 4-7, в диагональ которого со стороны переменного тока включена катушка 8 магнитного управления. Вторая ветвь состоит из тиристора 9, соединенного последовательно с тиристорным мостом из вентилей 10-13, в диагональ которого аналогично включена вторая катушка 14 магнитного управления. Между электродами тиристоров 3и 9, подсоединенными к тиристорным мостам (на фиг. 1 катодами), включен конденсатор 15. Управляющие электроды тиристоров соединены с выходами системы 16 управления, соединенной с выходом задающего генератора 17. Оси катушек 8 и 14 пересекаются на оси разрядного канала18 (фиг, 2) под прямым углом. Магнитное поле, созданное катушками, воздействует на столб дуги 19, который в результате совершает вращательное движение по круговой траектории 20.

Устройство работает следующим образом.

Возбуждают тем или иным способом электрическую дугу в горелке, запуская одновременно задающий генератор 17 и систему 16 управления. Ток

электрической дуги начинает протекать от источника 2 постоянного напряжения через тиристорную схему и одну из катушек 8 или 14 в зависимости от состояния вентилей 3-7, 9-13. Работу тиристорной схемы и системы управления иллюстрируют диаграммы фиг. 3. Допустим, в первую четверть периода в соответствий с диграммами (фиг. 3) открыты вентили 3, 4 и 5, следовательно, ток дуги протекает через указанные вентили и катушку 8. По истечении первой четверти периода открывающий сигнал снимается с работающих вентилей и одновременно подается сигнал на вентили 9 и 10, 11. В результате конденсатор 15, разряжаясь, через открывшийся тиристор закрывает только что работавший вентиль 3 и переводит ток индуктивносtH катушки 8 на вентиль 9. После этого конденсатор начинает перезаряжаться током катушки 8, вследствие чего ток в катушке 8 спадает до нуля и тиристоры 4, 5 закрываются, а в катушке 14 возрастает до первоначального значения тока дуги, т.е. конденсатор 15 производит коммутацию тока с одного плеча (тиристор 3,

0 катушка 8) на другое (тиристор 9, катушка 14), Процесс коммутации совершается за промежуток времени, намного меньший четверти периода, путем соответствующего выбора величины

5 емкости конденсатора 15, Во второй четверти периода ток дуги протекает по тиристорам 9-11 и катушке 14. В конце второй четверти периода (фиг.З) открывается, как и в первой четвер0 ти, тиристор 3, но теперь совместно с тиристорами 6 и 7 моста. Конденсатор 15аналогично предыдущему совершает процесс коммутации тока с одного плеча на другое, и в третьей четверти периода ток дуги протекает по тиристорам 3 и 6, 7 и опять же, как и в первой четверти, по катушке 8, но в направлении, противоположном тому, какое ток имел в первой четверти. В четвертой четверти периода ток протекает по тиристорам 9 и 12, 13, катушке 14, причем в катушке 14 ток имеет направление, противоположное тому, какое он имел во второй четверти периода. В конечном итоге ток в катушках имеет вид, .показанный на фиг, 3 в предпоследнем и последнем графиках, т.е. по катушкам протекают переменные токи, сдвинутые по фазе один относительно другого на (четверть периода). Катушки 8 и 14 при протекании тока в них создают магнитное поле в зоне го рения дуги по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Характер вклю чения катушке последовательно в цепь питания дуги, обеспечиваемый тиристорной схемой, обусловливает поворот вектора магнитной индукции поля, созданного катушками, на один полный оборот за период, так как ток дуги протекает поочередно по катушкам 8 и 14 с изменением полярности их включения. Таким образом, в зоне горения дуги формируется поперечное (по отношению к столбу дуги) вращающееся магнитное поле, под действием которого столб.дуги 19 (фиг. 2) совершает вращениепо круговой траектории 20 (прецессирует). Создание вращающегося магнитного поля в зоне горения дуги током самой же дуги приводит к тому, что индукция стано .вится пропорциональной току электри ческой дуги. Известно, что повышение индукции вращающегося магнитного пол в зоне горения дуги приводит к значи тельному росту напряжения дуги. В предлагаемом устройстве повышение тока дуги приводит к увеличению индукции вращающегося магнитного поля а последнее обеспечивает рост напряжения на дуге, в результате чего с ростом тока дуги растет напряжение на ней, т.е. формируется восходящая вольт-амперная характеристика дуги. Наличие у дуги восходящей вольт-амперной характеристики позволяет осуществить питание ее источника постоянного напряжения с обычной жесткой характеристикой без применения балластных реостатов и других специальных мер, используемых в обычных установках для получения крутопадающей внешней характеристики источника питания, обеспечивающих устойчивость горения дуги с падающей вольт.амперной характеристикой. Отсутствие в цепи электропитания в предлагаемом источнике балластных реостатов существенно повышает КПД установки за счет устранения потерь энергии в них. Обычные сварочные источники питания постоянного тока работают при электрическом КПД (отношении напряжения на дуге к напряжению холостого хода), равном 0,5-0,5. Например, при токе дуги в 100 А и напряжении на ней 50 В балластное сопротивление в цепи питания дуги должно быть не менее 0,4 Ом (КПД равен 0,6). На те же параметры предлагаемый источник может быть выполнен с катушками, создающими поле 0,2 Тл (верх-. нее предельное значение индукции применяемых вращающихся полей) в зоне горения дуги (диаметр зоны 0,1 м) и имеющими сопротивление порядка 0,1 Ом. С учетом падения напряжения на трех последовательно включенных вентилях электрический КПД источника составит величину порядка 0,84, если положить, что падение напряжения на каждом вентиле не превьппает 2В (среднее значение). Кроме того, путем создания вращающегося магнитного поля соответствующим образом расположенными катушками, включаемыми тиристорной схемой, можно получить дугу с повьш1енным напряжением, что при сохранении требуемого тепловыделения в дуге позволяет снизить ток дуги, повысив тем самым ресурс работы нерасходуемых электродов, уменьшить потери в подводящих проводах и других элементах, повысить экономичность, сократить расход материалов на изготовление. Изменением частоты задающего генератора, вместе с которой меняется и частота переключения катушек, достигается изменение угловой скорости вращения магнитного поля в зоне горения дуги. Тем самым обеспечивается возможность управления электрическими характеристиками дуги, которые в сильной степени зависят от скорости вращения магнитного поля. Электрическая дуга во вращающемся магнитном поле регулируемой частоты и индукции позволяет существенно улучшить качественные показатели процесса, осуществляемого дугой (сварки, резки, наплавки), за счет более рациональной организации высокотемпературных явлений путем управения локальными теплофизическими параметрами дуги - эквивалентным радиусом разряда, профилем температуры, линой струи (факела) плазмы и т.п. Формула изобретения Устройство для сварки магнитоуправляемой дугой, содержащее источник питания, сварочные электроды, магнит ную систему управления перемещением дуги с вдумя катушками, отлича ющееся тем, что, с целью повы шения КПД и обеспечения возможности управления электрическими характе-. ристиками дуги, в него введены конденсатор, два тиристора, два тиристорных моста с системой управления тиристорами и последовательно соединенный с ней задающий генератор, при этом тиристоры установлены в двух параллельных ветвях, их аноды подсоединены к положительному выводу источника питания, катоды соединены через конденсатор и каждой ветвью связаны с анодной группой тиристорных мостов, катодные группы которых объединены, их общая точка подключена к одному электроду, отрицательный вывод источника питания подключен к другому электроду - катоду, причем диагональ переменного тока каждого тиристорного моста подключена соответственно к каждой из двух катушек, расположенных взаимно перпендикулярно относительно оси электрода катода..

Изобретение касается сварки, в частности устройств питания электродуговых плазматронов с магнитным управлением дугой. Цель изобретения повьшение КПД и обеспечение возможности управления электрическими характеристиками дуги. Устройство содержит источник питания, две катушки магнитной системы управления перемещением дуги, задающий генератор, тиристоры, конденсаторы и тиристорные мосты. В зоне горения дуги формируется поперечное вращающееся магнитное поле (ВМП) - столб дуги вращается по кругу. Поскольку БМП создается током дуги, его индукция пропорциональна току дуги. Чем больше индукция, тем больше напряжение с на дуге, т.е. формируется восходящая вольт-амперная характеристика дуги. Изменяя частоту задающего генератора, а следовательно, и частоту переключения катушек, обеспечивают изменение скорости вращения магнитного поля в зоне горения дуги и тем самым Ь возможность управления электричеса кими параметрами дуги. 3 ил. 00 Од 00

V

ff

«

If

/f.{/f7poS/ ЯЮШL/H 3/te /7Jf Offff/ i/pl/O 7O/J(

S

г

о

17

fS

7/1

фи2.1

/4

I I i I I Тир1/с/лар9

гп

фиг.

Г Тиристор.

г Tt/puc/rJopt/

1 Д Тирисл7Орб/

TLfpt/cmopAt S.7

Tupuc/7 ojo6/

7bff Sffomt/tff/fax: f

/4

гп

фиг.з