Устройство для ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов Советский патент 1988 года по МПК B23K9/10 

00

а

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам для автоматического снижения напряжения холостого хода сварочного трансформатора до безопасной величины.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик путем сохранения постоянной чувствительности устройства при различных значениях напряжения холостого хода сварочного трансформатора и одновременном повышении безопасности работы.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства для ограничения холостого хода сварочных трансформаторов; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства в различных режимах.

Устройство содержит установленный в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора 1 тиристорный коммутатор 2, шунтированный / С-цепью 3. К вторичной обмотке сварочного трансформатора 1 подключен первый вспомогательный источник 4 постоянного напряжения. При этом одни одноименные полюса всномогательных источников 4 и 5 постоянного напряжения соединены между собой напрямую, а другие подключены к схеме управления тиристорным коммутатором 2. К выходу второго вспомогательного источника 5 постоянного напряжения нодключена обмотка релейного элемента 6 через его нор.мально разомкнутые контакты 7. При этом дополнительные нормально разомкнутые контакты 8 релейного элемента 6 соединены последовательно с нормально замкнутыми контактами 9 дополнительного релейного элемента 10 и включены в цепь управления тиристорным коммутатором 2. Устройство снабжено тремя делителями 11 -13 напряжения, к выходам каждого из которых подключены соответственно конденсаторы 14-16.

Входы первого 11 и второго 12 делителей напряжения подключены к выходу первого вспомогательного источника 4 постоянного напряжения. К выходу первого делителя 11 напряжения подключены инвертирующий и неинвертирую1ций входы первого 17 и второго 18 компараторов (фиг. 1). Неинвер- тируюш,ий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора 18 подключены к первому и второму выходам источника 19 опорных напряжений соответственно. Источник опорных напряжений и вход третьего делителя 13 напряжения подключены к инвертирующему входу третьего компаратора 20, выход третьего делителя 13 напряжения защунтирован токоразрядной цепью 21, состояпхей из последовательно соединенных резисторов 22 и диода 23, общая точка которых подключена к неинвертирующему входу третьего компаратора 20.

Выход первого компаратора 17 подключен к первому входу блока 24 защиты и к анодам второго 25 и третьего 26 диодов, катоды

0

5

которых подключены соответственно к неинвертирующему входу третьего компаратора 20 и к входу элемента 27 задержки, выход которого подключен к неинвертирующему входу второго компаратора 18. Выходы второго 18 и третьего 20 компараторов соединены с катодами четвертого 28 и пятого 29 диодов соответственно, аноды которых соединены между собой и подключены к обмотке релейного элмента 6 и через контактную группу нормально разомкнутых контактов 7 релейного элемента 6 к второму входу блока 24 защиты. Выход последнего соединен с входом блока 30 звуковой и оптической сигнализации. Соотнощения со- ,5 противлении резисторов 31-34 делителей 12 и 13 напряжения и емкостей конденсаторов 14 и 15 выбраны из соотношения

C,siR..li R,, +R,ali RSI Т C,5{Rj, il l,,lt(R.. + RM ) , (1)

0 , - сопротивления входных резисторов 31 и 33 второго 12 и третьего 13 делителей напряжения соответственно; , - сопротивления выходных резисторов 32 и 34 второго 12 и третьего 13 делителей напряжения соответственно; Cio, С|6- емкости конденсаторов 15 и 16, подключенных к выходам второго 12 и третьего 13 делите- Qлей напряжений соответственно;

30-60 мс - время соприкосновения электрода при ударе им о свариваемую поверхность.

Источник опорного напряжения выполнен 5 в виде последовательно соединенных выпрямителя 35 и двух дополнительных - четвертого 36 и пятого 37 делителей напряжений, соединенных между собой параллельно, к выходам которых подключены емкости конденсаторов 38 и 39, при этом сопро- 0 тивления резисторов 40-43 делителей 36 и 37 напряжения, сопротивления резисторов 44 и 45 делителя 11 напряжения и емкостей конденсаторов 14, 38 и 39 выбраны из соотнощения

{У 44||/ 45) С|4()- Сзь

{/.12||/ 4з)- Сз9,(2)

где /.(4, Rw, Rt2 - сопротивления входных резисторов 44, 40 и 42 первого, четвертого и пятого делителей 11, 36 и 37 на0пряжения соответственно;

45, , - сопротивления выходных резисторов 45, 41 и 43 первого, четвертого и пятого делителей 1I, 36 и 37 напряжения соответст- 5венно;

С|4, Сз8, Сзэ - емкости конденсаторов 14, 38 и 39, подключенных к выходам первого, четвер5

того и пятого делителей 11 36 и 37 напряжения соответственно.

Элемент 27 задержки выполнен в виде С-цепи, сопротивление резистора 46 и емкости конденсатора 47 которой выбраны из соотношения

(/ 44||/ 45) С|4« 44|1/ 45) , (З)

где , - сопротивления резисторов 44 и 45 первого делителя 11 напряжения; -- сопротивление резистора 46

элемента 27 задержки; С|4 - емкость конденсатора 14, подключенного к выходу первого делителя 11 напряжения; С47 - емкость конденсатора 47 элемента 27 задержки.

Блок 24 защиты выполнен в виде инвертирующего интегратора 48 на операционном усилителе с элементом сброса, реализованного на диоде 49. Инвертирующий вход интегратора 48 подключен к выходу компаратора 17, а выход через диод 50 к дополнительному релейному элементу 10, одна контактная группа нормально разомкнутых контактов 51 которого включена между выходом второго вспомогательного источника 5 постоянного -напряжения и общей точкой диода 50 и релейного элемента 10, а другая контактная группа нормально разомкнутых контактов 52 подключена к блоку 30 звуковой и оптической сигнализации. Коэффициент деления делителей 11 и 12 напряжения выбирается таким, чтобы при максимальном напряжении на выходе сварочного трансформатора 1 (б ххмакс бО В) напряжение на выходе делителей не превыщало допустимых значений входных напряжений компараторов 17, 18 и 20. Напряжения, снимаемые с делителя 11 напряжения и с источника 19 опорных напряжений, установлены следующим образом: опорное напряжение f/on, меньще на 10-20% напряжения, снимаемого с делителя 11 напряжения при максимальном выходном напряжении холостого хода сварочного трансформатора 1 (работа сварочного трансформатора 1 без ограничения, т. е. (Уххмакс бОВ), а 6 оп2 больще на 10-20% напряжения, снимаемого с выхода делителя 11 напряжения при максимально допустимом безопасном напряжении холостого хода сварочного трансформатора 1 (работа сварочного трансформатора 1 с ограничением, т. е. ( В), где С/оп; - напряжение, снимаемое с первого выхода источника 19 опорных напряжений, Uoaz - напряжение, снимаемое с второго выхода источника 19 опорных напряжений.

зом.

Устройство работает следующим обраПри включении устройства в сеть на выходе сварочного трансформатора 1 появляется ограниченное напряжение холостого

хода сварочного трансформатора (не более 12 В), заданное емкостью / 5-цепи 3, включенной параллельно тиристорно- му коммутатору 2. С выходов вспомога- 5 тельных источников 4 и 5 постоянного напряжения и источника 19 опорных напряжений на схему управления тиристор- ным коммутатором 2 поступают напряжения отрицательной полярности. На инвер,. тирующем входе компаратора 20 устанавливается напряжение несколько больше.е, чем на его неинвертирующем входе, при этом на выходе компаратора 20 присутствует «+, который закрывает диод 29. На выходе компаратора 18 также присутствует

5 «+, закрывающий диод 28, так как опорное напряжение выще напряжения, поступающего с выхода делителя 11 напряжения, а так как Оотц также выще этого напряжения, то на выходе компаратора 17 присутствует «-, который закрывает диоды

25 и 26 и поступает на блок 24 защиты, где инвертируясь интегратором 48, поддерживает на выходе «О (благодаря наличию диода 49). При этом релейные элементы 6 и 10 обесточены и схема уст5 ройства находится в дежурном режиме. При касании электродом свариваемого изделия во вторичной обмотке сварочного трансформатора 1 протекают кратковременные импульсы тока, имеющие крутые передний и задний фронты и имеющие веро0 ятностный характер. При этом относительное изменение напряжений на выходе делителей 12 и 13 напряжения за одно и то же время различное. В момент касания электрода с изделием напряжение на выходе делителя 12 напряжения убывает во много

5 раз быстрее, чем на выходе делителя 13 напряжения. Как только напряжение на инвертирующем входе компаратора 20 становится меньше, чем на его неинвертирующем входе, на выходе появляется «-, ко0 торый открывает диод 29, при этом срабатывает релейный элемент 6 и замыкает свои нормально разомкнутые контакты 7 и 8, которые блокируют обмотку релейного элемента 6 и включают тиристорный коммутатор 2 соответственно (фиг. 2).

5 Во вспомогательном источнике 5 постоянного напряжения на выходе включена / 5-цепь, обеспечивающая задержку на отключение релейного элемента 6, при разрыве электрической цепи между электродом и изделием на необходимое время (до 0,5 с).

0 Кроме этого, он содержит стабилизатор напряжения (установлен перед 5-цепью), который обеспечивает постоянство установленного времени задержки независимо от перепадов напряжения в сети. Время задержки в зависимости от условий сварки можно легко изменять, меняя величину сопротивления резистора / 5-цепн. Например, при потолочной сварке рациональнее время задержки устанавливать несколько больщим.

5

После запуска тиристорного коммутатора 2 на выходе сварочного трансформатора I появляется рабочее напряжение сварки. В этот момент ре;1ейный элемент 6 питается от компаратора 20 и вспомогательного источника 5 постоянного напряжения. При этом напряжение на делителе 12 напряжения резко возрастает и когда оно становится больше, чем на делителе 13 напряжения, компаратор 20 меняет полярность выходного напряжения на « + , диод 29 закрывается и релейный эле.чент 6 питается только от вспо.могате;1ьно1 0 источника 5 постоянного напряжения.

Как только напряжение на делителе 11 напряжения становится выше, чем опорное напряжение С/оиз, на выходе компаратора 18 появляется «-, при этом открывается диод 28 и релейный элемент 6 опять получает питание от двух источников на протяжении всего периода сварки. После окончания сварки напряжение на выходе сварочного трансформатора 1 увеличивается до максимального значения (t/хх.нахс бОВ). При этом напряжение на делителе 11 напряжения становится выше опорного напряжения LJon и на выходе компаратора 17 появляется «+, который открывает диоды 25 и 26 и поступает на вход интегратора 48 блока 24 защиты. Через открытые диоды 25 и 26 напряжение положительной полярности поступает на токоразряд- ную цепь 21 и элемент 27 задержки соответственно, при этом открывается диод 23 токоразрядной цени 21, через который происходит разряд емкости конденсатора 16 и напряжение на неинвертирующем входе компаратора 20 резко снижается до значения напряжения падаюш.его на переходе диода 23. что исключает ложные срабатывания устройства при переходе в дежурный режим.

На выходе компаратора 20 по-прежнему присутствует «+ и диод 29 закрыт . Напряжение с элемента 27 задержки поступает на неинвертирующий вход компаратора 18, что после временной задержки также обеспечивает на его выходе напряжение положительной полярности. При этом диод 28 закрывается и релейный элемент 6 питается только от вспомогательного источника 5 постоянного напряжения. Через установленное время задержки (до 0,5 с) релейный элемент 6 обесточивается, контакты 7 и 8 размыкаются, вгзгключая блокировку обмотки релейного элемента 6 и тиристорный ком.мутатор 2 соответственно. На выходе сварочного трансформатора 1 устанавливается ограниченное напряжение холостого хода, при этом напряжение на выходах делителей 11 и 12 начинает уменьпшться. После того как напряжение на выходе делителя 11 напряжения становится меньше опорного напряжения /7оп1 , на выходе компаратора 17

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

появляется «-, который закрывает диоды 25 и 26 и обнуляет интегратор 48 блока 24 защиты. При этом уменьщаюш,ееся напряжение холостого хода больше опорного напряжения Иои-,, но изменения полярности выходного напряжения компаратора 18 на отрицательную не происходит (что вызвало бы срабатывание релейного элемента 6 с последующим включением тиристорного коммутатора 2), так как элемент 27 задержки поддерживает напряжение положительной полярности на его неинвертируюндем входе до тех пор, пока напряжение холостого хода не становится .меньше опорного напряжения б опг.

После окончания процессов заряда конденсаторов 14-16 схема находится в установившемся дежурном режиме. Если не происходит выключение тиристорного коммутатора 2 после установленной задержки, то по-прежднему на инвертирующем входе компаратора 17 напряжение выше опорного напряжения t/on, и компаратор 17 не изменяет своего состояния, т. е. на выходе имеется напряжение положительной полярности, при этом на выходе интегратора 48 блока 24 защиты нарастает напряжение отрицательной полярности и после установленного времени на выключение дополнительного релейного элемента 10 (оно несколько выще времени задержки на выключение устройства) оно достигает его напряжения срабатывания. При срабатывании релейного элемента 10 размыкаются его контакты 9, обеспечивая аварийное отключение тиристорного коммутатора 2, и замыкаются его контакты 51 и 52, обеспечивая блокировку обмотки релейного элемента 10 и выдачу команды на блок 30 звуковой и оптической сигнализации соответственно, который может содержать параллельно соединенные звонок и лампу накаливания.

Необходимо стремиться к тому чтобы напряжения, снимаемые с делителей 12 и 13 напряжения были как можно ближе по значению. Это увеличивает чувствительность устройства, но сближение этих значений ограничивается пульсациями напряжения, снимаемого с делителя 12 напряжения. Уменьшение этих пульсаций сдерживается стремление.м повышения быстродействия устройства. Критерие.м для выбора оптимальной чувствительности и быстродействия устройства выбрано время реакции человека в момент соприкосновения электрода с изделием (Т 30-60 мс). Для получения максимальной чувствительности устройства необходимо обеспечить макси.мально воз.мож- ную близость выходных значений напряжений делителей 12 и 13 напряжения, а для получения максимального быстродействия устройства необходимо выбрать время разряда емкости конденсатора 15 как

можно меньшим времени реакции человека, а время разряда емкости конденсатора 16 во много раз больше этого значения.

Время срабатывания тиристорного коммутатора 2 практически определяется временем срабатывания релейного элемента 6, т. е. 3-6 мс (в качестве релейного элемента используется герконовое реле). Это объясняется тем, что время убывания напряжения на делителе 12 напряжения (при касании электрода с изделием) меньше времени реакции человека и практически составляет 10-20 мс, а на выходе делителя 13 напряжения это время во много раз больше, при этом эти напряжения очень по величине (практически f,, 0,8-0,9 AHii - напряжение, снимаемое с выхода делителя 12 напряжения, Ь джг - напряжение, снимаемое с выхода делителя 13 напряжения). Поэтому время, за которое напряжение на выходе делт1теля 13 напряжения становится меньше напряжения на делителе 12 напряжения, 1-2 мс, а время срабатывания компаратора и тиристоров можно не учитывать в виду их малости. Высокое быстродействие схемы способствует легкому возбуждению дуги, Выполнение соотношения (2) обеспечивает независимость работы устройства от перепадов напряжения в сети. Выполнение соотношения (3) и наличие токоразрядной цепи 21 исключает ложные включения тиристорного коммутатора 2 при переходе схемы в дежурный режим, т. е. при уменьшении напряжения холостого хода от максимального значения до значения определяемого / 5-цепью 3.

По сравнению с известным предлагаемое устройство обладает более высокими эксплуатационными характеристиками. Это обусловлено тем, что предлагаемое устройство может быть использовано практически с любым типом сварочного трансформатора без настройки S-цепи тиристорного коммутатора, определяющей напряжение холостого хода сварочного трансформатора. При этом чувствительность устройства остается неизменной. Ввиду того, что напряжение холостого хода сварочного трансформатора при необходимости может быть понижено до 1-2 В без изменения эксплуатационных характеристик устройства, безопасность сварочных работ существенно повышается. Этому способствует также наличие в устройстве блока защиты, блокирующего Е ключение рабочего напряжения при аварийных ситуациях. Кроме того, благодаря возможности работы устройства при Напряжении холостого хода .менее 12 В можно дополнительно получить экономию электроэнергии.

Формула изобретения

1. Устройство для ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформа0

торов, содержащее установленный в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора тиристорный коммутатор, шунтированный 5-цепью, схему управления коммута5 тором с релейны.м элементом, нормально разомкнутые контакты которого включены в цепь управления тиристорным коммутатором, два вспомогательных источника постоянного напряжения, первый из которых включен в цепь вторичной обмотки сварочного трансформатора, а второй - непосредственно в сеть, при этом одни одноименные полюса вспомогательных источников питания соединены между собой напрямую, а другие подключены к схеме управления тиристорным

5 коммутатором, отличающееся тем, что, с целью улучшения экплуатационных характеристик путем сохранения постоянной чувствительности устройства при различных значениях напряжения .холостого хода сварочного трансформатора и одно0 временном повышении безопасности работы, оно снабжено тремя делителями напряжения, к выходам каждого из которых подключен конденсатор, входы первого и второго делителей напряжения подключены к

5 выходу первого вспомогательного источника постоянного напряжения, к выходу первого делителя напряжения подключены инвер- тируюший и неинвертирующий входы первого и второго компараторов соответственно, неинвертирующий вход первого компаратора

0 и инвертирующий вход второго компаратора подключены к первому и второму выходам источника опорных напряжений соответственно, который подключен непосредственно к сети, выход второго и вход третьего делителей напряжения подключены

5 к инвертирующему входу третьего компаратора, выход третьего делителя напряжения зашунтирован токоразрядной цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора и диода, общая точка которых подклюл чена к неинвертирующему входу третьего компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу блока зашиты с дополнительным релейным элементом и к анода.м второго и третьего диодов, катоды которых подключены соответственно к инвер5 тирующему входу третьего компаратора и к входу элемента задержки, выход которого подключен к неинвертирующему входу второго компаратора, выходы второго и третьего компараторов соединены с катода.ми четвертого и пятого диодов соответственно,

0 аноды которых соединены между собой и подключены к обмотке релейного элемента и через дополнительную контактную группу нормально разомкнутых контактов релейного элемента к выходу второго вспомогате.чь- ного источника постоянного напряжения и к второму входу блока зашиты, выход блока защиты соединен с входом блока звуковой и оптической сигнализации, при этом нормально замкнутые контакты допол5

нительного релейного элемента соединены последовательно с нормально разомкнутыми контактами релейного элемента, а соотношения сопротивлений резисторов второго и третьего делителей напряжения и емкостей конденсаторов выбраны из соотношения

Ci6{R3A lR3Z+ (32il/ 3j)r C,5{ 3lliK32ll( + 34)),

,зз-сопротивления входных

резисторов второго и третьего делителей напряжения соответственно;

32, 34- сопротивления выходных резисторов второго и третьего делителей напряжения соответственно;

Ci5, С|6- емкости конденсаторов,

подключенных к выходам второго и третьего делителей напряжения соответственно;

Г 30-60 мс - время соприкосновения электрода при ударе им о свариваемую поверхность.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителя и двух дополнительных - четвертого и пятого делителей напряжения, соединенных между собой параллельно, к выходам которых подключены конденсаторы, при этом сопротивления резисторов и емкости конденсаторов выбраны из соотношения

(/ 44il/ 45) C,4() Сз8 () Сз9,

где , 40, - сопротивления входных резисторов первого, четвертого и пятого делителей напряжения соответственно;

0

5

0

5

0

5

0

, 41, 43- сопротивления выходных резисторов первого, четвертого и пятого делителей напряжения соответственно;

С|4, Cas, Сзэ- емкости конденсаторов, подключенных к выходам первого, четвертого и пятого делителей напряжения соответственно.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент задержки выполнен в виде 5-цепи, сопротивление резистора и емкость конденсатора которой выбраны из соотношения

(44|1/ 45) С|4«; () С47,

где , 45 - сопротивления резисторов первого делителя напряжения;

46 - сопротивление резистора элемента задержки;

Ci4 - емкость конденсатора, подключенного к выходу первого делителя напряжения;

С47 - емкость конденсатора элемента задержки.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй вспомогательный источник постоянного напряжения содержит стабилизатор.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок зашиты выполнен в виде интегратора с элементом сброса, вход которого подключен к выходу первого компаратора, а выход через шестой диод к дополнительному релейному элементу, первая нормально разомкнутая группа контактов которого включена между выходом второго вспомогательного источника постоянного напряжения и общей точкой шестого диода и дополнительного релейного элемента, а вторая - подключена к блоку звуковой и оптической сигнализации.

6.Устройство по п. 5, отличающееся тем, что элемент сброса интегратора выполнен в виде диода, включенного параллельно конденсатору интегратора.

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам для автоматического снижения напряжения холостого хода сварочного трансформатора до безопасной величины. Цель - улучшение эксплуатационных характеристик путем сохранения постоянной чувствительности устройства при различных значениях напряжения холостого хода сварочного трансформатора и одновременном повышении безопасности работы. Устройство содержит установленный в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора тиристорный коммутатор, шунтированный / С-цепью, и схему управления коммутатором. Оно снабжено тремя делителями напряжения, источником опорных напряжений, тремя компараторами, токоразрядной цепью, двумя релейными элементами, блоком защиты, элементом задержки и блоком сигнализации. В дежурном установившемся режиме на сварочных электродах - безопасное напряжение. При касании электродов срабатывает коммутатор, на электроды подается полное напряжение холостого хода трансформатора, и начинается сварка. При обрыве дуги устройство по истечении короткого времени переходит в дежурный режим. Устройство ы. б. использовано с любым типом сварочного трансформатора без настройки / С-цепи тиристорного коммутатора, определяющей напряжение холостого хода сварочного трансформатора, которое м. б. понижено при необходимости до 1-2 В. 5 3. п. ф-лы, 2 ил. S (Л