Устройство для сварки Советский патент 1986 года по МПК B23K9/10 

aami

ГО 05 00 О5 СО

со 1 Изобретение относится к электродуговой сварке и может быть использовано при сварке в условиях значительной удаленности сварщика от источника сварочного тока и при.необходимости соблюдения повышенной эле тробезопасности. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений и повышение производительности труда путем повьшения установки и поддержания сварочного процесса. На фиг. 1 представлена схема уст ройства для сварки; на фиг. 2а,(5 зависимости напряжений на обмотках от сопротивления подстроечньгх ре.зисторов; на фиг. 2 Ь - J - временные диаграммы, иллюстрирующие характер Изменения напряжений и токов на элементах устройств; на фиг.З временные диаграммы, иллюстрирующи работу блока тиристорных коммутаторов и блока памятиJ на фиг. 4 зависимости напряжений на элементах схемы от сопротивления нагрузки. Устройство для сварки (фиг. 1) состоит из источника 1 сварочного тока и электрически связанных с ним вспомогательного блока 2, блока 3 тиристорных коммутаторов, блока 4 памяти и блока 5 управления. Блок 1 содержит сварочный транс форматор 6 и трансформатор 7 тока. Вспомогательный блок 2, выполненньй в виде двух симметричных плеч, содержит шунтирующее сопроти ление 8, трансформатор 9 с четьфьм обмотками 10-13, два подстроечных сопротивления 14 и 15, трансформат 16 с тремя обмотка1 ш 17-19, трансф матор 20 с тремя обмотками 21-23, четыре однофазных выпрямителя 24-2 со сглаживающими элементами, два узла 28 и 29 сравнения и два диода 30 и 31. Блок 3 тиристорных коммутаторов . содержит два двухполупериодных тири торных коммутатора 32 и 33 и два однополупериодных тиристорных комму татора 34 и 35, причем коммутатор 3 работает в отрицательный полупериод а коммутатор 35 - в положительный полупериод пониженного напряжения. Блок 4 памяти содержит входной усилитель 36 и запоминающее устройство 37s выполненные с двумя входами, выходной усилитель 38 и блок 3 фазового управления. 9 Блок 5 управления содержит диод 40, ограничительное сопротивление 41, шунтирующее сопротивление 42 и переменное регулировочное сопротивление (задатчик тока) 43, служащее для установки необходимого режима в перерыве между сваркой. Устройство работает следующим образом. В перерыве между сваркой во вспомогательном блоке 2, все симметричные элементы которого одинаковы, имеют одинаковый дрейф и находятся в одинаковых условиях, на двух выходных обмотках 19 и 23 трансформаторов 16 и 20 присутствуют переменные напряжения одинаковой величины, которые с помощью подстроечных сопротивлений 14 и 15 выбираются на пологом участке зависимостей этих напряжений от величин их установочных подстроечных сопротивлений (фиг., Так как при длительной работе устройства наблюдается дрейф этих напряжений вправо, то их значения в начальный момент работы устройства выбираются в -начале отрезка (фиг. 2а,6), что дает возможность исключить заметное влияние изменения активных сопротивлений обмоток 11, 12, 13, 17, 22 при нагреве их и подстроечных сопротивлений 14 и 15 проходящими токами, что очень важно, так как два идеально одинаковых элемента подобрать трудно. Переменные напряжения с выходных обмоток 19 и 23 прикладываются к входам симметричных однофазных выпрямителей 25, 26, а переменные напряжения с выходов двух симметричных обмоток 11, 13 первого трансформатора 9 - к входам симметричных однофазных выпрямителей 24 и 27 для их выпрямления и сглаживания, а затем и для сравнения на узлах 28 и 29 сравнения. При этом на выходах двух симметричных выпрямителей 24, 27 присутствуют выходные постоянные напряжения положительной полярности, а на выходах двух симметричных выпрямителей 25, 26 - постоянные напряжения отрицательной полярности, а на обоих выходах узлов 28 и 29 сравнения устанавливаются напряжения положительной полярности и одинаковой величины при максимальном сопротивлении блока 5 управления, который запитывается только при положительсигнала управления на его втором входе (фиг. Зи ,), т.е. разность между двумя вХодными сигналами будет оставаться постоянной, а следовательно, промьппленные помехи для входрого усилителя 36, выполненного с двумя входами, первый каскад которого является дифференциальным, бу-дут синфазны и напряжение на его выходе будет оставаться неизменным (фиг. эк).

Замыкание ..электрода на изделие на интервале времени , приводит к мгновенному появлению сигнала управления переменной полярности на выходе трансформатора 7 тока (фиг.З в блоке 1 источника сварочного токя вследствие нулевого сопроткплеиия на дуговом промежутке, В результате этого его действию с помощью блока 39 фазового управления соответствует с момента времени t мгновенное включение двухполупериодного тнристорного коммутатора 32 и от появившегося на выходе последнего повышен ного напряжения сети, которое находится в одной фазе с напряжением, приложенным к общей точке соединени обмоток 18 и 21, произойдет автоматическое запирание однополупериодного тиристорного коммутатора, который был до момента замыкания сварочной цепи открыт, а на первом выходе блока 39 фазового управления появится напряжение положительной поляности (фиг. ), которое прикладывается к второму входу запоминающег устройства 37. Так как величина этого напряжения выбирается несколько выше максимально возможного по абсолютной величине, чем на первом входе последнего, то сброс запомнившегося сигнала управления на его выходе, установленного в момент холостого хода сварочного трансформатора 6, становится невозможным.

Кроме того, с момента прекращения защиты пониженным напряжением сварочного трансформатора 6 от третьей обмотки 12 первого трансфор : матора 9 сигнал управления на выход входного усилителя 36 быстро упадет до нуля (фиг. Зк, интервал времени ) вследствие появления на обоих выходах узлов 28 и 29 сравнения отрицательных напряжений, от действия которых диоды 30 и 31 закроются Причем в момент сварки на интервале

времени с пятого выхода блока 39 фазового управления, который состоит из двух каналов, будут следовать управляющие импульсы положительной полярности (фиг. )j от действия которых длительность проводящего состояния каждого тиристора S, двзхполупериодного коммутатора 3 становится равной 180, а следовательно, ток, проходяпщй через этот коммутатор, спадает до нуля в момент времени (т.е. момент запирания одного тиристора совпадает во времени с моментом отпирания Другого тиристора). И с третьего выхода блока 39 фазового управления котор1.;и ггк;г;е сос топт И; лов,. бу,;:гут с;1е.човать nMuyjrbC, положитезтьной полярности с отстающнь углом тиристоров ,ц1- ухполупср.иидпого тсоммутатора 33, от действия которь х длительность проводящего состоя1П к Ka;;vi,oro его тиртгстора будет равна- ,,; :-rtj4- 6 (т.е. моt-jeirr аапираиия одного тиристо}пг не совпадаот во времени с моментов) от- пирайи:: лругого тиристора) . Пртт эгги ОЧС.НПД11О., что поочередное включение тиристоров двухполупернодного к-оммутатора 32 обеспечивает протекаurie тока сети по первичной об готке сварочного трансформатора 6 с помощью |цу 1тирующего сопротивления 8 до Oмента включения в каждом полупериоде сетевого напряжения тиристоров д.в г ;полупериодного коммутатора 33 в процессе сварки, а. это исключает провалы до нулевых значений форм крнвь х тока и напряжения нагрузки (фиг, 3ci-t5), что благоприятно сказывается на устойчивости горения дуги и качества сварки. При этом в основе работы блока 39 фазового управления лежит так называемый вертикальный принцип управления, состоящий в том, что напряжения пилообразной формы с выходов имеюпр1хся в нем генераторов, синхронизированные с питающей сетью, подаются на входы пороговых устройств, которые срабатывают калсдый раз, как только напряжения на их входах достигнут порога срабатывания, и формируют импульсы включения. При отрыве электрода с момента времени t через время, равное не менее 0,01 с, что необходимо для стабильного возбуждения дуги, устройство начинает возвращаться в исходное состояние, при этом на смену сварочному напряжению на дуговой промежуток приходит напря жение управления, максимально возмож ная величину которого не превышает 12В, Напряжение на вькоде запоминающего устройства 37, установленное в момент холостого хода сварочного трансформатора 6, остается не измененным (фиг .31). На фиг. 4а,5 представлены зависи мости кривых напряжений на обмотке 23 третьего трансформатора 20 и на выходе второго узла 29 сравнения при однополупериодном нагружении выхода сварочного трансформатора 6 (в данном случае в положительный полупериод пониженного напряжения обмотки 12) опытной нагрузкой. Однополупериодное нагружение активным сопротивлением от большой величины () до нуля () выхода сварочного трансформатора 6 сопровождается на отрезке 1к, R незначительным увеличением напряжения положительной полярности на выходе узла 29 сравнения (фиг. 45) и незначительным уменьшением переменного напряжения на выходнойобмо ке 23 второго трансформатора 20 (фиг. 4ci) . Однако на отрезке 0,Ri на выходе узла 29 сравнения наблюдается уже резкое увеличение напрялсеник положительной полярности с достижением точки максимума на этом отрезке, а затем резкий спад с пере ходом в область отрицательных значе ний, а на выходной обмотке 23 наблю дается резкое уменьшение переменного напряжения и после достижения точки минимума резкое возрастание с достижением максимального значения при . Это объясняется сдвиго фаз токов в обмотках при уменьшении активной нагрузки до экстремальных значений на отрезке 0,Ri. Однопол . периодньй ток в обмотке 21 увеличивает свой опережающий угол, не возрастая по амплитудному значению, и при дальнейшем уменьшении нагрузки (в положительный полупериод) он еще в большей мере увеличивает свой опережающий угол, но уже со значительным увеличением амплитудного значения. И при величине активной нагрузки, равной нулю, достигает своего максимального значения,, опе, режая синусоидальный ток в обмотке 910 22 на 180° (фиг. 2н). Поэтому, чтобы не вносить существенной разности в выходные напряжения на обмотках 19 и 23 второго и третьего трансформаторов 16 и 20 величина ограничительного сопротивления 41 в блоке 5 управления выбирается по величине . Если в перерыве между сваркой требуется уменьшить величину сварочного тока для следующего свар.очного режима, то с блока 5 управления увеличивают величину переменного регулировочного сопротивления 43, а для увеличения величины сварочного тока уменьшают величину переменного регулировочного сопротивления 43. Это объясняется тем, что источники питания сварочной дуги переменного тока обладают падающими внешними характеристиками, а это значит, что при уменьшении сварочного тока рабочее напряжение увеличивается, а при увеличении сварочного тока уменьшается., Это позволяет применять регулировочное сопротивление 43 минимальной мощности.При этом как с указанной целью, так и для получения линейной шкалы при повороте движка регулировочного сопротивления 43 и для точной установки величины сварочного тока в предлагаемом устройстве имеется сопротивление 42, которое шунтирует регулировочное сопротивление 43. Предлагаемое устройство по сравнению с известным практически безынерционно, обеспечивает мгновенное зажигания дуги, а при отрыве мгновенно ограничивает напряжение на дуговом промежутке до безопасной величины. Это позволяет изменять режим сварки даже в момент сбоев в горении дуги за счет того, что переменное регулировочное сопротивление 43 устанавливается непосредственно на электрододержатель, масса которого значительно уменьшилась. Формула изобретения Устройство для сварки, содержащее сварочный трансформатор, три трансформатора, однопол.упериодньй тиристорный коммутатор, двухполупериодный тиристорный коммутатор, блок фазового управления, трансформатор тока, задатчик тока, ограничительное соной полуволне напряжения обмотки 12 первого трансформатора 9. Рассмотрим три следуюыщх режима работы вспомогательного блока 2: 1 режим холостого хода сварочного трансформатора 6 на интервале времени to-tj , когда однополуперуодные тиристорные коммутаторы 34 и 35 вкл чены, а двухполупериодные тиристорные коммутаторы 32 и 33 выключены; режим короткого замыкания на интервале времени t -ti, (причем для наглядности интервал этого времени искусственно завьшен путем отключения двухполупериодных тиристорнык коммутаторов 32 и 33), когда сопротивление на дуговом промежутке равн нулю и однополупериодные тиристорны коммутаторы 34 и 35 остаются включе нымн, двухполупериодные тиристорные коммутаторы 32 и 33 (специально) от ключены; режим на интервале времени когда однополупериодные коммутаторы 34 и 35 выключены. ч На фиг. 2 Ь -J. представлены времен ные диаграммы, иллюстрирующие характер изменения напряжений на обмотках 11 и 13 первого трансформатора 9 напряжений на обмотках 19 и 23 и токов в обмотках 17, 18, 21 и 22 второ го и третьего трансформаторов 16 и 20, а также управляющих напряжений на выходах двух узлов 28 и 29 сравнения в указанных ранее трех режимах работы вспомогательного блока 2. Так, абсолютно равные по величине синусоидальные напряжения на- обмотках 11 и 13 первого трансформатора (фиг. 2Ь) во всех трех режимах будут иметь различные значения, причем на шГтервале времени ; они имеют -свои максимальные значения, а на интервале времени - минимальные значения. Это объясняется тем, что первый трансформатор 9 расчитан на значительно меньшую мощность, чем сварочный трансформатор 6 и обла дает крутопадающей внешней характеристикой. Другие равные напряжения на выходнах обмотках 19 и 23 второго и третьего трансформаторов 16 и 20 в первых двух интервалах будут совершенно одинаковой в каждом из них, но произвольной формы (фиг. 21 ,А) , при чем напряжение на выходной обмотке 23 третьего трансф ррматора 20 оказывается инвентированным с отстаи ванием на 180° относительно выходного напряжения на обмотке 19 второго трансформатора 16, а на интервале времени tj-ti эти Напряжения будут геометрически правильной формы трапецеидальной и в одной фазе, flpnчем на интервале времени у импульсов этих напряжений по сравнению с интервалом времени to-t наблюдается увеличение по амплитудному значению, уменьшение по продолжительности их следования, а на интервале времени t -t наблюдается некоторое увеличение по амплитудному значению с одновременным увеличением их длительности. Анализируя импульсные напряжения на обмотках 19 н 23 по амплитудиг.м значениям н по продолжительности их следования, можно сделать выво,ц, что они практически остаются неубывающими во всех трех режимах работы вспомогательного блока 2 по сравнению с синусоидальными напряжениями па обмотках 11 и 13 первого трансформатора 9, Это объясняется тем, что на интервале времени наблюдается значительное увеличение однополупернодных токов в обмотках 18 и 21 (фиг, 2 е ,к) вследствие нулевого сопротивления на дуговом промежутке и некоторое увеличение на интервале времени синусоидальных токов в обмотках 17 и 22 (фиг. 2е ,к) по причине исчезновения однополупериодных токов в обмотках 18 и 21 второго и третьего трансформаторов 16 и 20. Кроме того, обмотки 17, 22 и 18, 21 последних относительно их выходных обмоток 19 и 23 имеют различные коэффициенты трансформации. Так, напри- . мер, число витков у обмоток 19 и 23 больше, чем у обмоток 17 и 22, а у последних значительно больше, чем у обмоток 18 и 21. Поэтому два равных напряжения положительной полярности, установленные на выходах двух узлов 28 и 29 сравнения на интервале времени tj, -t, с момента времени tj , начинают одновременно уменьшаться (фиг. 2) по причине одновременно уменьшившихся двух равных по величине напряжений на обмотках 11 и 13 первого трансформатора, а следовательно, и положительных напряжений на выходах двух симметричных однофазных выпрямителях 24 и 27. Поэтому в интервале времени t -t- напряжения на выходах узлов 28 и 29 сравнения, быстро уменьшаясь, одновременно пересекут свои нулевые значения, а затем, поменяв свои знаки на противоположные, установятся с момента времени t. При этом эти отрицательные напря; :ения на интервале времени tj,-t3 по абсолютной величине будут значительно превосходить первоначальную величину положительных напряжений, установленньпх в интервале времени to-tj. С момента времени tj два равных отрицательных напряжения на выходах двух узлов 28 и 29 сравнения начнут уменьшаться и, уменьшаясь на интервале времени tj-t/), установятся с момента времени t и по своей абсолютной величине на интервале времени Ц-tj будут уже лишь всего в несколько раз превосходить по величине первоначальное значение положительных напряжений, установленных в интервале , вследствие отсутствия большой разницы по абсолютной величине ме:вду положительными напрялсениями на выходах однофазных выпрямителей 24 и 27 и отрицательными напряжениями на выходах однофазных выпрямителей 25 и 26 На фиг, 3 CL-и представлены временные диaгpaм шI, иллюстрируюище принцип работы блока 3 тиристорных коммутаторов и блока 4 памяти. ТаК; в перерыве между сваркой на интервале времени tg-Ц- в блоке 3 тиристорных коммутаторов двухполупериодные тиристоные коммутаторы 32 и 33 выключены вследствие отсутствия на их управляющих входах управляющих импульсов (фиг. ЗД, j), а однополупериодные тиристорные коммутаторы 34 и 35 поочередно включаются и выключаются по мере .поступления на их входы управляющих импульсов положительной полярности (фиг. ЗЬ „). Незначительный ток холостого хода сварочного трансформатора 6 в этом случае (фиг,, 3(5) спадает до нуля в момент времени V TT+cii (т.е. момент запирания одного тиристора совпадает во времени с моментом отпирания другого тиристора), паузы в кривой тока 1ц и напряжения U, (фиг. Зсх-б) отсутствуют и длительность проводящего состояния каждого тиристора Ч становится равной 18(F . Благодаря этому сварочный трансформатор 6 будет включен на непрерывное синусоидальное пониженное напряжение обмотки 12 первого трансформатора 9. Причем однополупериодный коммутатор 34 включается только в момент отрицательного, а дополнительный

. однополупериодный коммутатор 35 в момент положительного полупериодов пониженного напряжения. Блок 5 управления, который шунтирует выход сварочного трансформатора 6, запитан

0 только в положительный полупериод пониженного напряжения обмоток 12, и при незначительном уменьшении его переменного регулировочного сопротивления 43 на интервале времени

5 наблюдается увеличение напряжения положительной полярности только на выходе второго узла 29 сравнения или на первом входе входного усилителя

36(фиг. Зи), а это приводит к появ0 лению на выходе входного усилителя 36

сигнала управления, отличного от нуля (фиг. Зк ), который поступает на первый вход запоминающего устройства

37и с его выхода на вход выходного 5 усилителя 38. Величина выходного сопротивления последнего зависит от величины сигнала управления и тем самым определяет угол отпирания тиристоров двухполупериодного коммуд татора 33 в момент сварки. При этом многие устройства, подключаемые к промьшшенной сети, не обладающие усилительными свойствами, - электроприводы (особенно в момент включения), коммутирующие устройства постоянного и переменного тока (контакторы, реле, переключатели) и неуправляемые источники питания (вентильные преобразователи переменного тока в постоянньй, трансформаторы, преобразователи частоты) - являются источниками помех. Эти устройства временно или длительно за счет импульсного потребления энергии искажают форму синусоидального напряжения сети на определенной ветви. Благодаря выполнению вспомогательного блока 2 в виде двух симметричных плеч стало возможным устранение возмущений подобного рода

„ и получение стабильного сигнала управления на выходе входного усилителя 36, а следовательно, и на входе запоминающего устройства 37. Так, например, отклонение сигнала управления на первом входе входного усилителя на интервале времени tj-t по указанным причинам от уровня, ранее установленного, сопровождается совершенно аналогичным отклонением противление, три диода, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем повышения точности устано ки и поддержания сварочного процесса, в него введены два шунтирующих сопротивления, два подстроечных сопротивления, четыре однофазных выпр мителя со сглаживающими элементами, два узла сравнения, второй однополу периодный тиристорный коммутатор, второй двухполупериодньй тиристорны коммутатор, входной усилитель, запо минающее устройство, выходной усили тель, первьй трансформатор выполнен с четырьмя обмотками, а второй и третий - с тремя, при этом входной усилитель и запоминающее устройство выполнены с двумя входами, входные клеммы устройства присоединены параллельно первой обмотке первого трансформатора, конец которой через последовательно соединенные первое шунтирующее сопротивление и первый двухполупериодный коммутатор, а также через второй двухполупериодны коммутатор соединен с началом перви ной обмотки сварочного трансформато ра, конец последней соединен с началами первой и третьей обмоток первого трансформатора, а конец третьей обмотки последнего связан с началом первой обмотки третьего трансформатора и с началом второй обмотки второго трансформатора, конец которой соединен с началом первичной обмотки сварочного трансформатора .через первый однополупериодный тиристорный коммутатор, а конец первой обмотки третьего трансформатора соединен с началом первичной обмотки сварочного трансформатора через второй однополупериодный тиристорный коммутатор, причем вторая обмотка первого трансформатора подключена к входу первого однофазного выпрямителя, а также своим началом через первое подстроечное сопротивление она подключена к началу и концом к концу первой обмотки второго трансформатора, третья 3912 обмотка которого подключена к входу второго однофазного выпрямителя, которьй своим выходом подключен к второму, а выход первого однофазного выпрямителя - к первому входам первого узла сравнения, четвертая обмотка первого трансформатора подключена к входу четвертого однофазного выпрямителя, а своим началом через второе подстроечное сопротивление она подключена к началу и концом к. концу второй обмотки третьего трансформатора, третья обмотка которого подключена к входу третьего однофазного выпрямителя, который своим выходом подключен к первому, а выход четвертого однофазного вьтрямителя к второму входам второго узла сравнения, выход которого через переход анод - катод второго диода связан с вторым, а выход первого узла сравнения через переход анод - катод первого диода - с первым входами входного усилителя, выход которого через последовательно включенные запоминающее устройство и выходной усилитель связан с первым входом блока фазового управления, который первым своим выходом подключен к второму входу запоминающего устройства, вторым и третьим - к управляющим входам тиристорных коммутаторов: второго однополупериодного и второго двухполупериодного, третий диод включен в цепь, состоящую из соединенных последовательно ограничительного сопротивления и задатчика тока, параллельно которому подключено второе шунтирующее сопротивление, паралг Лельно этой цепи включены выходные клеммы устройства и последовательно соединенные вторичная обмотка сварочного трансформатора и трансформатор тока, выход которого соединен с вторым входом блока фазового управ- , ления, а четвертый и пятый выходы последнего подключены соответственно к управляющим входам первого однополупериодного и первого двухполупериодного тиристорных коммктаторов.

Изобретение относится к электродуговой сварке им.б. использовано в условиях значительной удаленности сварищка от источника сварочного тока и при необходимости соблюдения повышенной электробезопасности. Изобретение позволяет повысить качество сварки путем повышения точности установки и поддержания параметров сварочного процесса. Для этого в устройство для сварки, состоящее из источника сварочного тока,, блока памяти, блока тиристорных коммутаторов, :блока управления, введен вспомогательный блок управления, выполненный в виде двух симметричных плеч. При этом для регулирования сварочного тока предусмотрено сопротивление, с: которое регулирует регулировочное сопротивление. 4 ил.

440

,l

tflft

Vis

v- й4Ш

дгг

ftv