Высокочастотный источник питания для дуговой сварки Советский патент 1988 года по МПК B23K9/00 

ю

Изобретение относится к области сва- )очной техники и может быть использо- зано при проектировании источников питания.

Целью изобретения является снижение . мощности и удешевление силовых модуля- fopoB.

На фиг. I изображена функциональная

хема высокочастотного источника питания ля дуговой сварки; на фиг. 2 - вре- енные диаграммы управляющих импульсов ю 0) Напряжения и сварочного тока; на фиг. 3 -Компаратор 28 построен таким образом,

Для уяснения принципа работы схемы управления этими модуляторами предварительно необходимо заметить следующее. Компаратор 25 построен таким образом, что на его выходе имеется единичный уровень напряжения () при При на выходе компаратора 25 имеется нулевой уровень напряжения (U25

15

ариант блока поочередного переключения каналов управления модуляторами; на сриг. 4 - временные диаграм.мы напряже- ий на выходах элементов блока пооче- р|едного переключения каналов управления одуляторами..

Высокочастотный источник питания для д1уговой сварки содержит последовательно срединенные источник постоянного тока, | полненный на трехфазном трансформа- JQ ре 1 и трехфазном выпрямителе 2, пер- .ш модулятор 3, датчик 4 тока, дуго- 1Й промежуток 5, осциллятор 6 с перемычкой 7 и второй модулятор 8, а также пгрвый 9 и второй 10 диоды, резисторы 11 и 12, первый 13 и второй 14 конден- 25 зторы, первый 15 и второй 16 усилители.

что на его выходе имеется нулевой уровень напряжения () при . При на выходе компаратора 28 имеется единичный уровень напряжения ().

Компаратор 29 построен таким образом, что на его выходе имеется единичный уровень напряжения () при . При на выходе компаратора 29 имеется нулевой уровень напряжения.

В момент времени (см. фиг. 2) выходное напряжение датчика тока 4 мало, так как ток сварки (Ьв) равен току дежурной дуги. Следовательно, элементы блока управления находятся в следующих состояниях.

На входе компаратора 25 , так как напряжение на выходе усилителя- сумматора 22 определяется задатчиком 21, следовательно на выходе компаратора 25 имеется единичный уровень напряжения, который поступает как на один из входов

блок 17 поочередного переключения каналов управления модуляторами (коммутатор) блок 18 управления.

Блок управления состоит из интегрирую-.. . . „.

U ей цепи, выполненной на резисторе 19 схемы И 35, так и на второй вход и конденсаторе 20, задатчика 21 среднего блока 17 поочередного переключения кана- 3 качения сварочного тока, усилителя-сумматора 22, генератора 23 треугольных импульсов с задатчиком 24 частоты, компаратора

), двух задатчиков 26 и 27 уровней тоа, двух ко.мпараторов 28 и 29, двух

фференцирующих цепей, выполненных на

35

конденсаторах 30 и 31 и резисторах 32 , триггера 34 и схемы И 35.

лов управления модуляторами. Последний в это время находится в состоянии, когда сигналы с его первого входа (I) передаются на первый выход (), а сигналы с второго входа (II) - на второй выход (JK). Итак, единичный уровень напряжения с выхода компаратора 25 проходит через второй вход на второй выход блока 17 поочередного переключения каналов

Перед началом работы подключается дО управления модулятора.ми через второй уси- э.1ектропитание и подбираются нужные пара- литель 16 и открывает второй .моду- MJeTpbi сварочного тока, а именно среднее лятор 8.

з 1ачение сварочного тока (задатчиком 21),На входе компаратора 28 ,

частота и.мпульсов сварочного тока (задат- поэтому на его выходе нулевой уровень ч -1ком 24) и диапазон пульсации (задат- .напряжения (). Этот уровень через чйками 26 и 27). При включении элект- 45 дифференцирующую цепь (30, 32) попадает р|эпитания напряжение сети подается на ча R-вход триггера 34. т)ехфазный трансформатор 1, на осцилля- тфр 6 и на универсальный блок стабилизаторов напряжения (не показан). От это- г( блока осуществляется питание элемен- тфв 15-17, 21--29, 34 и 35.

С помощью осциллятора 6 (фиг. 1) зажигается дуга в дуговом промежутке 5, п()сле чего выход осциллятора щунтирует- с) перемычкой 7. При закрытых модуляторах 3 и 8 питание дуги осуществ- 55 уровень напряжения (), который, про- от выпрямителя 2 через резисторыходя через схему И 35, через первый

111 и 12. Сварка высокочастотными импуль-вход на первый выход блока 17 поочес |ми происходит при включении в опре-редного переключения каналов управления

На входе компаратора 29 U4 :b 27, поэтому на его выходе единичный уровень напряжения (). При возникновении этого уровня дифференцирующая цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 остроконечный экспоненциальный положительный импульс. Поэтому на выходе триггера 34 появляется единичный

0) Компаратор 28 построен таким образом,

деленные моменты времени модуляторов 3 и 8.

Для уяснения принципа работы схемы управления этими модуляторами предварительно необходимо заметить следующее. Компаратор 25 построен таким образом, что на его выходе имеется единичный уровень напряжения () при При на выходе компаратора 25 имеется нулевой уровень напряжения (U25

5

Q 5

что на его выходе имеется нулевой уровень напряжения () при . При на выходе компаратора 28 имеется единичный уровень напряжения ().

Компаратор 29 построен таким образом, что на его выходе имеется единичный уровень напряжения () при . При на выходе компаратора 29 имеется нулевой уровень напряжения.

В момент времени (см. фиг. 2) выходное напряжение датчика тока 4 мало, так как ток сварки (Ьв) равен току дежурной дуги. Следовательно, элементы блока управления находятся в следующих состояниях.

На входе компаратора 25 , так как напряжение на выходе усилителя- сумматора 22 определяется задатчиком 21, следовательно на выходе компаратора 25 имеется единичный уровень напряжения, который поступает как на один из входов

.. . . „.

схемы И 35, так и на второй вход блока 17 поочередного переключения кана-

поэтому на его выходе нулевой уровень напряжения (). Этот уровень через дифференцирующую цепь (30, 32) попадает ча R-вход триггера 34.

уровень напряжения (), который, про- ходя через схему И 35, через первый

На входе компаратора 29 U4 :b 27, поэтому на его выходе единичный уровень напряжения (). При возникновении этого уровня дифференцирующая цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 остроконечный экспоненциальный положительный импульс. Поэтому на выходе триггера 34 появляется единичный

модуляторами и через первый усилитель 15, открывает первый модулятор 3.

Итак, оба модулятора открыты, напряжение с выхода выпрямителя 2 приложено к дуговому промежутку 5, поэтому сварочный 5 ток (1св) начинает нарастать, соответственно нарастает и выходное напряжение датчика тока 4 (U4).

При превышении напряжением U уровня выходного напряжения задатчика 27 (U27)

поочередного переключения каналов упра: - ления модуляторами и через первый усилитель 15, открывает первый модулятор 3.

34 отрицательный импульс. Этот импульс не может изменить состояние триггера 34, поэтому сварочный ток продолжает нарастать.

Дальнейший процесс формирования импульса сварочного тока происходит как описано выше. При этом второй модулятор 8 постоянно открыт, а первый модулятор 3 включается и выключается, не позволяя сваТеперь оба модулятора открыты, напряжение с выхода выпрямителя 2-приложено к дуговому промежутку 5, поэтому сварочный ток (Ьв) начинает возрастать, соответственно нарастает и выходное напряжение

„ . ,.,,датчика 4 тока (U4). При превышении

в момент времени ti компаратор 29 изменяет напряжения U4 уровня выходного напряже- свое состояние и на его выходе появ-ния задатчика 27 (U2-) компаратор 29

ляется нулевой уровень напряжения (U29 изменяет свое состояние и на его выходе

0). Как только возникает этот уровень,появляется нулевой уровень напряжения

дифференцирующая цепь (31, 33) вырабаты-(). Как только возникает этот уровает и подает на вход триггера 34 от- jS вень, дифференцируюш,ая цепь (31, 33) вы- рицательный импульс. Этот импульс не мо-рабатывает и подает на S-вход триггера

жет изменить состояние триггера 34, поэтому сварочный ток продолжает нарастать до своего максимального значения (Ьв.макс). При этом в момент времени t2 U становится равным U26, поэтому на выходе ком- 20 паратора 28 появляется единичный уровень напряжения (). При возникновении этого уровня дифференцируюш,ая цепь (30, 32) вырабатывает и подает на R-вход триггера 34 положительный им- 25 рочному току lea становится меньше мини- пульс, на выходе триггера появляется ну-мального значения ( ) и больше максимального значения (IMKAI J)Во время протекания импульса сварочного тока на интегрирующей цепи (19, 20) осуществляется суммирование напряжения

торый, проходя через первый вход на пер- 30 U. На выходе усилителя-сумматора 22 полу- выи выход блока 17 поочередного пере-чается убывающее напряжение (Uaa ),

равное разности выходного напряжения задатчика 21 и возрастающего напряжения с выхода интегрирующей цепи. В момент времени t4 U22 становится равным выход- Так как в распределенной индуктивности 35 ному напряжению генератора 23 (U23). ко- сварочного контура накоплена определеннаяторое автоматически нарастает от нулевоэнергия, то сварочный ток, сохраняя своего значения. Следовательно, на выходе

направление, начинает убывать, протекаяко.мпаратора 25 появляется нулевой уровень

по цепи 5-7-8-10-4-5. Убывает и на-напряжения (), которое поступает как

пряжение U4 которое быстро становитсяна один из входов схемы И 35, так и

меньше, чем U26 ()- Следовательно,на второй вход блока 17 поочередного

на выходе компаратора 28 восстанавливает-переключения каналов управления модуляся нулевой уровень напряжения ().торами.

При этом дифференцирующая цепь (30, 32)Итак, нулевой уровень напряжения с вывырабатывает и подает на R-вход тригге-ходов компаратора 25 проходит через

ра 34 отрицательный импульс, который не д второй вход на второй выход блока 17 изменяет состояние триггера. Сварочный токпоочередного переключения каналов управ1св, а вместе с ним и напряжение U4 ления модуляторами, через второй усилитель продолжают убывать, пока в момент вре-16 и закрывает второй модулятор 8. В

мени is 1)4 не станет равным U27, а Ьв не дос-то же время на выходе схемы И 35 появтигнет своего зинимального значения Ьв.мип. ляется нулевой уровень напряжения (I..i5 Компаратор 29 изменяет свое состояние и на 50 0), которое проходит через первый вход его выходе появляется диничный уровеньна первый выход блока 17 поочередного

левой уровень напряжения (). Так как на входах схемы И 35 теперь разные уровни напряжения, то на ее выходе получается нулевой уровень напряжения, коключения каналов управления модуляторами и через первый усилитель 15, закрывает первый .модулятор 3.

напряжения (). При возникновении этого уровня дифференцирующая цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 положительный импульс, поэтому на выходе триггера появляется единичный уровень напряжения (), который, проходя через схему И 35, через первый вход на первый выход блока 17

55

переключения каналов управления модуляторами, через первый усилитель 15 и закрывает первый модулятор 3. Так как в распределенной индуктивности сварочного контура накоплена определенная энергия, то сварочный ток, сохраняя свое направление, начинает убывать, протекая по цепп 5-7-9-13-10-4-5 до тех пор, пока

поочередного переключения каналов упра: - ления модуляторами и через первый усилитель 15, открывает первый модулятор 3.

34 отрицательный импульс. Этот импульс не может изменить состояние триггера 34, поэтому сварочный ток продолжает нарастать.

Дальнейший процесс формирования импульса сварочного тока происходит как описано выше. При этом второй модулятор 8 постоянно открыт, а первый модулятор 3 включается и выключается, не позволяя свавень, дифференцируюш,ая цепь (31, 33) вы- рабатывает и подает на S-вход триггера

рочному току lea становится меньше мини- мального значения ( ) и больше максимального значения (IMKAI J)

переключения каналов управления модуляторами, через первый усилитель 15 и закрывает первый модулятор 3. Так как в распределенной индуктивности сварочного контура накоплена определенная энергия, то сварочный ток, сохраняя свое направление, начинает убывать, протекая по цепп 5-7-9-13-10-4-5 до тех пор, пока

не станет равным, току дежурной дуги (1деж.). Убывает и напряжение U4, которое сначала становится равным U27 (в момент времени ts), а затем меньше, чем р27. Таким образом, компаратор 29 измеряет свое состояние и на его выходе появляется единичный уровень напряжения 1). При возникновении этого уровня дифференцирующая цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 юложительный импульс, поэтому на выходе риггера появляется единичный уровень aпpяжeния (), который подается на эдин из входов схемы И 35. Однако, гак как на другом входе схемы И 35 нуле- зой сигнал, то на ее выходе также сохраняет- ;я нулевой уровень напряжения.

Как только сразу на двух входах элока 17 поочередного переключения каналов управления модуляторами появляются

При включении электропитания, от универсального блока стабилизаторов напряжения положительный потенциал +25 В подается на шины 14 питаюшего напряжения интегральных микросхем (фиг. 3) и делитель R1, R2 напряжения. Так как вначале процесса сварки при формировании первого сварочного импульса не существенно каким модулятором 3 или 8 формируется диапазон значений 1св.ии11...1св.макс (фиг. 2), предположим, что блок поочередного переключения каналов yпpaBv Ieния модуляторами имеет состояние, при котором сигналы с

чулевые уровни напряжения, он изменяет ;вое состояние, т. е. в момент времени 20 его первого входа передаются на усили- ,4 блок 17 переходит в состояние, когда тель 15, а сигналы с второго входа -

на усилитель 16. Чтобы это происходило, необходимо сформировать логическую «1 на выходе 6 и логический «О на выходе 5 триггера Д2.1. Переключение в указанное положение триггера происходит от элемента Д1.3 под действием фронта входного сигнала от 1 к О, когда на выходе б элемента Д1.3 формируется логический «О.

25

;игналы с его первого входа будут пере- 1аваться на его второй выход, а сигналы ; второго входа - на первый выход.

В момент времени te и.мпульс сварочного тока заканчивается, а следующий импульс начинается лишь в момент времени t, когда U22 станет больше, чем J2.3. За время t4-t выходное напряжение енератора 23 треугольных импульсов (ЬЧз) автоматически достигает максимума и начи- ,„ iaeT убывать. За то же время (t4-t) напряжение на выходе усилителя-сумматора .12 (U22) воз растает, так как убывает ыходное напряжение интегрирующей цепи (19, 20).

В течение протекания следующего им- тульса сварочного тока работа устройства лало чем отличается от описанной. Одна- (0, так как блок 17 поочередного переключения каналов управления модуляторами 1зменяет свое состояние, то теперь уже тервый модулятор 3 постоянно открыт, а второй модулятор 8 включается и выключается, не позволяя сварочному току |(1св) становиться .меньше минимального значения (Ьв.мин) и больще максимального :Иачения (Ьп. иахс). Это будет продолжать- , |Ья до тех пор, пока U23 снова не станет равным U22 в момент времени ts.

К этому моменту закрываются оба мо- .йулятора 3 и 8, заканчивается текущий импульс сварочного тока и блок 17 поо35

40

В свою очередь, переключение Д1.3 с уровня «1 в «О возможно только при появлении «1, сигналов на выходах инверторов Д1.1 и Д1.2, которые создаются после прекращения подачи импульсов управления на выходы блока 18.

В момент времени О, когда возникают импульсы управления с блока 18, элемент Д1.3 переключается с «О в «1, но этот переход не влияет н-а принятое в качестве исходного состояние триггера Д2.1.

Используя таблицу истинности для логического элемента И-НЕ, можно построить временные диаграммы работы логических элементов Д3.1-ДЗ.З, Д4.1-Д4.3 в период 0--14. Они представлены в виде напряжений, соответствующих логическим «1 и «О на выходах элементов схемы блока поочередного переключения каналов управления модуляторами 17 (фиг. 4).

В мо.мент времени t4, когда одновременно выключаются управляющие напряжения в обоих выходов блока 18, инвер Иередного переключения каналов управле-JQ торы D1. и DL2 формируют на своих

Ния модуляторами изменяет свое состояние,выходах 8 и 12 логическую «1, которая,

t. е. в момент времени t он сновав свою очередь, создает логический «0 на

переходит в состояние, когда сигналы с еговыходе D1.3 и те.м самым переключает

ifiepBoro входа будут передаваться на пер-Т-триггер, созданный на элементе D2.1,

Ьый выход, а сигналы с второго входа -в состояние с противоположными значе|на второй выход. На этом заканчивает-55 ниями сигналов по отношению к приня(Ся полный цикл работы установки. Далее :&ти циклы повторяются до окончания процесса сварки.

тым. Таким образом, выход 6 имеет логический «О, а выход 5 - логическую «1. На основе таблицы истинности для ло0

Блок 17 поочередного переключения каналов управления модуляторами состоит из двух логических элементов И-НЕ, используемых в качестве инверторов (Д1.1, Д1.2), семи логических элементов И-НЕ (Д1.3, Д3.1-ДЗ.З, Д4.1-Д4.3), примененных по их прямому назначению, и I-К-триггера, преобразованного в Т-триггер (Д2.1) (фиг. 3).

При включении электропитания, от универсального блока стабилизаторов напряжения положительный потенциал +25 В подается на шины 14 питаюшего напряжения интегральных микросхем (фиг. 3) и делитель R1, R2 напряжения. Так как вначале процесса сварки при формировании первого сварочного импульса не существенно каким модулятором 3 или 8 формируется диапазон значений 1св.ии11...1св.макс (фиг. 2), предположим, что блок поочередного переключения каналов yпpaBv Ieния модуляторами имеет состояние, при котором сигналы с

0 его первого входа передаются на усили- тель 15, а сигналы с второго входа -

В свою очередь, переключение Д1.3 с уровня «1 в «О возможно только при появлении «1, сигналов на выходах инверторов Д1.1 и Д1.2, которые создаются после прекращения подачи импульсов управления на выходы блока 18.

В момент времени О, когда возникают импульсы управления с блока 18, элемент Д1.3 переключается с «О в «1, но этот переход не влияет н-а принятое в качестве исходного состояние триггера Д2.1.

Используя таблицу истинности для логического элемента И-НЕ, можно построить временные диаграммы работы логических элементов Д3.1-ДЗ.З, Д4.1-Д4.3 в период 0--14. Они представлены в виде напряжений, соответствующих логическим «1 и «О на выходах элементов схемы блока поочередного переключения каналов управления модуляторами 17 (фиг. 4).

В мо.мент времени t4, когда одновременно выключаются управляющие напряжения в обоих выходов блока 18, инверторы D1. и DL2 формируют на своих

ниями сигналов по отношению к принятым. Таким образом, выход 6 имеет логический «О, а выход 5 - логическую «1. На основе таблицы истинности для логического элемента И-НЕ можно построить временные диаграммы работы логических элементов D3.1-D3.3, D4.1-D4.3 в период ty-ts (фиг. 4).

В момент ts блок поочередного переключения каналов управления модуляторами переключается в положение, с которого начато рассмотрение его работы.

Схема позволяет составлять оба модулятора из равного числа транзисторов.

годом - к точке соединения датчика тока и первого модулятора, причем модуляторы зашунтированы соответственно первым и вторым резисторами, а источник постоянного тока - первым конденсатором, второй же конденсатор включен между анодом первого диода и точкой соединения датчика тока и дугового промежутка, при этом модуляторы управляются схемой, состоящей из двух усилителей

Модуляторы работают в режиме повышен- Ю и блока управления, выполненного с одной нагрузки попеременно, появляется воз-ним входом и двумя выходами, вход бло- можность снизить общее число транзисторов, следовательно значительно упрощаются схемы, обеспечивающие согласованность работы транзисторов каждого модулятора.

15

ка управления соединен с выходом датчика тока, выход первого усилителя соединен с управляющим входом первого модулятора, а выход второго усилителя соединен с управляющим входом второго модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения габаритов и уменьшения мощности, потребляемой силовыми модуляторами, в него введен блок поочередного переключеФормула изобретения

Высокочастотный источник питания для дуговой сварки, содержащий последовательно соединенные источник постоянного тока, 20 ния каналов управления модуляторами, вы- первый модулятор,, датчик тока, дуговойполненный с двумя входами и двумя выка управления соединен с выходом датчика тока, выход первого усилителя соединен с управляющим входом первого модулятора, а выход второго усилителя соединен с управляющим входом второго модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения габаритов и уменьшения мощности, потребляемой силовыми модуляторами, в него введен блок поочередного переключегодом - к точке соединения датчика тока и первого модулятора, причем модуляторы зашунтированы соответственно первым и вторым резисторами, а источник постоянного тока - первым конденсатором, второй же конденсатор включен между анодом первого диода и точкой соединения датчика тока и дугового промежутка, при этом модуляторы управляются схемой, состоящей из двух усилителей

и блока управления, выполненного с одним входом и двумя выходами, вход бло-

и блока управления, выполненного с одним входом и двумя выходами, вход бло-

ния каналов управления модуляторами, вы- полненный с двумя входами и двумя выка управления соединен с выходом датчика тока, выход первого усилителя соединен с управляющим входом первого модулятора, а выход второго усилителя соединен с управляющим входом второго модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения габаритов и уменьшения мощности, потребляемой силовыми модуляторами, в него введен блок поочередного переключе

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано при проектировании источников питания. Цель - снижение габаритов и уменьшение мощности, потребляемой силовыми модуляторами. Устройство содержит источник постоянного тока и два силовых модулятора. Блок управления содержит схему поочередного переключения силовых модуляторов. Силовые транзисторные модуляторы преобразуют постоянный ток в высокочастотный импульсный. Блок управления позволяет регулировать среднее значение сварочного тока, частоту импульсов, диапазон пульсаций. Источник питания позволяет равномерно распределить тепловую нагрузку между модуляторами, уменьшить их мощность, упростить их конструкцию и настройку на оптимальный режим путем поочередного переключения каналов управления модуляторами. 4 ил. с S

промежуток, осциллятор и второй модулятор, а также два диода, первый из которых катодом подключен к точке соединения положительной клеммы источника с первым модулятором, а анодом - к точке соединения осциллятора и второго модулятора, второй же диод анодом подключен к отрицательной клемме источника, а ка

ходами, приче.м его первый вход соединен с первым выходом блока управления, его второй вход - с вторым выходом блока управления, а первый и второй выходы блока поочередного переключения KaHavioe управления модуляторами соединены соответственно с входами первого и второго усилителей.

25 0

28 0

23 0

З

О (35

as.,

О

8

Фа.г

ta

Фиг.З

iitzts ittte 1 (ц 5