Регулятор сварочного тока Советский патент 1988 года по МПК B23K9/00 B23K9/10 

Изобретение относится к сварке и предназначено для сварки плавлением на постоянном токе и может использоваться в автоматизированном электросварочном производстве.

Цель изобретения - повышение качества сварных соединений за счет обеспечения стабильности сварочного процесса.

Па фиг.1 представлена структурная электрическая схема регулятора сварочного тока; на фиг.2 - диаграммы мгновенных значений напряжений и токов на основных элементах регулятора.

Устройство содержит источник постоянного тока 1, положительный вьшод которого соединен с положительным выводом постоянного тока инвертора тока 2. Выводы переменного тока инвертора тока 2 подключены к первичной обмотке трансформатора 3. К вторичной обмотке первого трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпрямитель 5. Положительный вывод инвертора напряжения 6 подключен к отрицательному выводу инвертора тока 2 К объединенным выводам инверторов подключен конденсатор 7. Отрицательный вывод инвертора напрйжения 6 соединен с отрицательньи вьшодом источника постоянного тока 1 и выводом конденсатора 7. Выводы переменного инвертора напряжения 6 соединены с первичной обмоткой второго тран форматора 8, вторичная обмотка которого соединена с входными выводами . переменного тока второго выпрямителя 9. Положительный вывод выпрямител 5 соединен с положительным выводом второго выпрямителя 9 и подключен к первому выводу регулятора 10. Отрицательный вьшод выпрямителя 5 соединен с отрицательным вьшодом второго выпрямителя 9 и подключен к второму выводу регулятора 11. К выводам регулятора 10 и 11 подключена сварочная нагрузка 12. Система управления содержит задающий генератор 13, распределитель импульсов 14, первый счетчик импульсов 15, второй счетчик импульсов 16 и схему сравнения 17. Ограничитель амплитуды переменного напряжения 18 подсоединен к вторичной обмоП : : первого трансформатора 3. Выход ограничителя 18 соединен через дифференцирующую цепь 19 с первичной обмоткой импульсного трансформатора

20. Выход импульсного трансформатора 20 соединен с формирователем импульса 21, который соединен с вторым входом первого счетчика 15. На диаграммах мгновенных значений фиг.2 обоз- , начены напряжение 22 задающего гене- ратора, напряжение 23 на первом выходе распределителя импульсов, напряжение 24 на втором выходе распределителя импульсов, ток 25 первого тиристора инвертора тока, напряжение 26 на выходе инвертора тока, напряжение 27 на выходе ограничителя, напряжение

28 на выходе дифференцируюцей цепи, напряжение 29 на выходе импульсного трансформатора, напряжение 30 на выходе формирователя импульсов, напряжение 31 на первом счетчике, напряжение 32 на втором счетчике, напряжение 33 на выходе схемы сравнения,ток 34 первого тиристора инвертора напряжения, напряжение 35 на выходе инвертора напряжения, напряжение 36 на выходе регулятора.

Регулятор сварочного тока работает следующем образом.

В режи1-е холостого хода инвертор тока 2 и инвертор напряжения 6 имеют

различные входные сопротивления.Входное сопротивление инвертора тока 2 имеет малое значение.Оно определяется уравнением

5

0

5

0

5

R а х

ит- с

(х2/К„+К„),

где X, - реактивное сопротивление

С

коммутирующего конденсатора

инвертора TOKaj Rj, - сопротивление, определяемое

потерями в конденсаторе и

трансформаторе; а коэффициент, определяемьш

схемой инвертора. При со сопротивление инвертора тока равно О, Сопротивление инвертора напряжения 6 имеет большое значение. Оно определяется большими сопротивлениями потерь холостого хода. В этом режиме напряжение источника постоянного тока 1 практически полностью приложено к инвертору напр5гаения 6. Напряжение на сварочной нагрузке 12 в режиме холостого хода определяется коэффициентом трансформации второго трансформатора 8 и значением напряжения источника питания 1. При появлении нагрузочного тока в цепи сварочной нагрузки 12 увеличивается ток Id в цепи постоянного тока инвертора напряжения 6 и инвертора тока 2. С уменьшением сопротивления сварочной нагрузки и увеличением тока Id увеличивается падение напряжения на входном сопротивлении К„т-. инветора тока 2 и увеличивается напряжение на трансформаторе 3 и выпрямителе 5. При критическом значении сопротивления сварочной нагрузки напряжения на выпрямителе 5 будет равно напряжению на выпрямителе 9. Вентили выпрямителя 5 будут проводить ток. Инвертор тока 2 перейдет в нагрузочный режим. С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 входное сопротивление его увеличивается. Увеличивается напряжение на выводах постоянного тока инвертора тока 2 и уменьшается значение напряжения на выводах постоянного тока инвертора напряжения 6, что приводит к уменьшению напряжения на выводах выпрямителя 9. Нагрузка на инвертор напряжения 6 уменьшается и увеличивается значение загрузки инвертора тока 2 В рабочем режиме мощности, передаваемые из цепи постоянного тока инвертором тока 2 и инвертором напряжения 6, близки по значениям. При одинаковых мопщостях в рабочих режимах равномерно загружаются трансформаторы, тиристоры и вентили всего регулятора. Конденсатор 7, подключенный к выводам постоянного тока инвертора напряжения 6, необходим для согласования условий работы инвертора тока 2 и инвертора напряжения 6.Ток инвертора тока 2 имеет непрерывный характер, а ток инвертора напряжения 6 содержит переменную составляющую. Изменение значения сопротивления сварочной нагрузки 12 в рабочих режимах приводит к изменениям загрузки инвертора тока 2 (В) и угла сдвига между напряжением и током нагрузки (cj) . Это приводит к изменению угла между напряжением и током в инверторе тока () в соответствии с выражением

1 J Ll-psintfji. cos PCOS q

Следовательно, значительное изменение значений сварочного сопроШв- ления приводит к изменению угла jj и изменению времени от момента переключения тиристоров инверторов тока

,

47590 1

до момента изменения знака напряжения на выходе инвертора тока 2 (t,,, - фиг.2 кривые 25, 26). Для стабилиза- ции формы напряжения на выходных выводах регулятора lO-i-ll необходимо изменение времени t компенсировать изменением момента переключения тиристоров инвертора напряжения. Для

10 этого тактовые импульсы от задающего генератора 13 подаются на распределитель импульсов 14 и счетчики 15 и 16. Импульсы управления с распределителя импульсов 14 поочередно

15 с равными интервалами подаются на запуск счетчиков 15 и 16 (диаграммы 23 и 24). Одновременно импульс 23 подается на переключение тиристоров инвертора тока 2. Диаграмма 25 тока

20 тиристора инвертора тока 2 показывает, что полуволна тока опережает полуволну напряжения 26 на время tg,m. Диаграмма 27 показывает вид кривой на выходе ограничителя напряжения

25 18, а 28 - на выходе дифференцирующей цепи 19. Импульс напряжения 29 имеет место на выходе трансформатора 20. Формирователь импульса 21 обеспечивает формирование импульса 30,

30 который необходим для останова счета тактовых импульсов от генератора 13 счетчиком 15. Диаграмма 31 показывает количество ш пульсов на счетчике 15 за время . Начало счета тактовых импульсов счетчиком 16 определяется пусковым импульсом 24.При равенстве импульсов на счетчиках 15 и 16 срабатывает схема сравнения 17 (импульс 33), который определяет момент включения тиристора инвертора напряжения (диаграмма 34) и момент перехода напряжения через нулевое значение (диаграмма 35). Напряжение на выводах регулятора 10-11 определится напряжениями 26 и 35 с учетом их выпрямления (диаграмма 36) . Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки нагрузочная характеристика регулятора имеет жесткую характеристику, а в рабочих режимах с малыми значениями сопротивления сварочной нагрузки вольт-амперная характеристика - крутопадающая.

По сравнению с известным в предложенном регуляторе на рабочих режимах напряжение имеет малые пульсации за счет введения сдвига момента включения тиристоров инвертора напряжения на интервал, равный времени

35

40

45

50

55

между моментом включения тиристоров инвертора тока и моментом изменения знака напряжения на выходе инвертор тока.

Экспериментальная проверка показала, что применение предлагаемого регулятора сварочного тока позволяет в 2-3 раза уменьшить потери в регуляторе по сравнению с известным за счет улучшения формы выходного напряжения. Стабилизация сварочного процесса обеспечивается с высокой точностью без применения дополнительных сглаживающих устройств.

Формула изобретения

Регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным вьюодом автономного инвертора тока, вьшоды переменного тока которого через первьй трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпрямителя, систему управления, конденсатор и последовательно соединенные инвертор напряжения, второй трансформатор и второй вьшрямитель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регулятора и с отрицательным выходом первого вьшрями- теля, положительный выход которого соединен с вторым выходом регулято ра и с положительным выходом второго выпрямителя, отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрица0

5

0,

5

0

5

0

тельным выводом инвертора напряжения, положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока, отличающий ся тем, что, с целью повьшения качества сварных соединений за счет обеспечения стабильности сварочного процесса, система управления содержит задающий генератор, распределитель импульсов, первый и второй счетчики импульсов, схему сравнения и последовательно соединенные ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, дифференцирующую цепь, импульсный трансформатор и формирователь импульса, при этом ограничитель амплитудного значения переменного напряжения соединен с выводом первого трансформатора, а выход задающего генератора соединен с входом распределителя импульсов и счетными входами первого и второго счетчиков импульсов, первый выход распределителя импульсов соединен с управляющим входом инвертора тока и первым установочным входом первого счетчика, а второй выход распределителя импульсов соединен с установочным входом второго счетчика, выход формирователя импульсов соединен с вторым установочным входом первого счетчика, при этом выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены с первым и вторым входами схемы сравнения, выход которой соединен с управляющим входом инвертора напряжения.

Изобретение относится к сварке, а именно к сварке плавлением на постоянном токе в автоматизированном электросварочном производстве. Цель- повышение качества сварочных соединений за счет обеспечения стабильности сварочного процесса. Регулятор содержит источник постоянного тока, автономный инвертор тока, инвертор напряжения, два трансформатора и два выпрямителя, которые работают параллельно на сварочную нагрузку. Система управления регулятором содержит задающий генератор, распределитель импульсов, первый и второй счетчики импульсов, схему сравнения и последовательно соединенные ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, дифференцирующую цепь, импульсный трансформатор и формирователь импульса. Напряжение на выходе автономного инвертора тока отстает по фазе от тока инвертора тока на различные углы при различной нагрузке. -Напряжение на выходе инвертора напряжения отстает от тока на один и тот же угол при различных нагрузках. За счет применения системы управления, содержащей два счетчика импульсов, обеспечивается измерение угла сдвига между напряжением и током в инверторе тока и введение угла запаздывания включения тиристоров инвертора напряжения на такой же угол. Это обеспечивает эквивалентную многофазную выпрямительную схему из двух выпрямителей и значительное уменьшение пульсаций сварочного тока. 2 ил. о О1