Способ релейного управления током в сварочном контуре и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК B23K9/00 B23K9/10 

1

Изобретение относится к области дуговой сварки, в частности к системам питания сварочной дуги при различных способах дуговой сварки на постоянном токе.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем ув.еличения надежности способа релейного управления сварочным током по двум уровням, максимальному и минимальному, в контуре свободного затухания, а также создание облегченного и надежного источника- питания.

На фиг.1 представлена схема контура свободного затухания сварочного тока при его питании от инверторно- го источника; на фиг.2 - кривая тока в сварочном контуре (кривая сварочного тока) при предлагаемом спо- iCo6e управления; на фиг.З - схема устройства для осуществления пред- |лагаемого способа управления (а) и схема блока времязадающих цепей (б); на фиг.А - варианты простейших схем транзисторного инвертора.

Сварочная цепь 1 (фиг.1),содержащая электрод 2 и изделие 3, совместно с дросселем 4, шунтом 5 и диодом 6 обратного тока образует контур 7 свободного затухания сварочного тока. Контур .питается от инверторного высокочастотного источника 8, в состав которого входит транзисторный ключ (ключи) 9. Контрольными точками схемы являются входные зажимы 10 и 11 контура свободного затухания и зажимы 12 и 13 подсоединения сварочной цепи. Напряжение U на выходе инверторн ого источника (на зажимах 10 и 11 контура свободнго затухания) значительно превосходит напряжение дуги Од (на зажимах 12 и 13 сварочной цепи).

Способ осуществляется следующим образом.

В момент времени t (фиг.2) к котуру свободного затухания (зажимы 10 и 11) от инверторного источника 8 через транзисторный ключ 9 прикладывают постоянное напряжение U,

Под действием этого напряжейия в контуре свободного затухания происходит нарастание сварочного тока 1д. Скорость его нарастания определяется соотношением напряжений U, и Цд величиной индуктивности L дроселя

diA dt

y i-iiu

По прошествии промежутка времени &t, t - tp в момент t, напряжение

и,;, Снимают (размыкают ключ 9), и в контуре свободного затухания (через, диод 6) происходит свободное спадание сварочного тока со скоростью

diA . UA , dt L

По прошествии промежутка времени utj t - t в момент tj к контуру свободного затухания повторно при- кп:адывают напряжение U, далее процесс повторяют ,с интервалами соответственно ut, и &t J,

Интервал ut, является временем полного намагничивания сердечника трансформатора инверторного источни- интервал t - временем, достаточным для его полного размагничивания (перемагничивания).

Процесс циклического нарастания тока продолжают до момента t, когда ток 1д достигнет максимального заданного уровня после чего напряжение и,. снимают и подают повторно только в

момент t , когда ток в

контуре спадает до минимального заданного уровня . После этого напряжение и подают повторно. импульсами с интервалами t и t, до момента Ц. , когда ток 1д достигнет максимального уровня I oittc т,д.

Устройство для осуществления предлагаемого способа (фиг,За) содержит контур 7 свободного затухания тока и транзисторный инверторный источник 8. Инверторный источник 8 содержит входной выпрямитель 14 с емкостным фильтром на выходе, собственно инвертор 15 с транзисторными ключами.9, высокочастотный силовой трансформатор 16, выходной выпрямитель (диод) 17, блок 18 управления работой транзисторов, компаратор 19,

блок 20 задания сварочного тока и блок 21 времязадаюпщх цепей. Блок 21 времязадающих цепей (фиг.36) содержит две взаимосвязанные цепи, одна из соторых содержит

схемы совпадения 22, инвертирования 23 и дифференцирования 24, а другая содержит схемы инвертирования 25, дифференцирования 26 и повторного инвертирования 27. Схемы 24 и

26 дифференцирования выполнены на резисторах 28-31, конденсаторах 32 и 33 и диодах 34 и 35.

Инвертор 15 может быть построен на одном транзисторном ключе 36

(фиг.Аа) и обратном диоде 37. Трансформатор 16 при этом помимо основно первичной 38 и вторичной 39 обмоток имеет дополнительную размагничивающую .обмотку 40, включенную последовательно с диодом 37, В цепь размагничивающей обмотки для сокращения времени размагничивания it может быть включен стабилитрон 41.

Инвертор 15 (фиг.4б) может быть построен также на двух транзисторных ключах 42 и 43 и двух обратных диодах 44 и 45. Трансформатор 16 имеет при этом только две обмотки 46.

Инверторы могут быть выполнены и по другим однотактньм или двухтактным схемам, широко, используемым в транзисторных преобразователях напряжения.

Блок управления 18 работой транзисторов может быть выполнен по схеме. Приведенной на фиг.4а. В состав блока входят переключающий элемент 47, вспомогательный транзистор 48, импульсный трансформатор 49 и резисторы 50 и 51. Первичная обмотка трансформатора, подсоединена к источнику питания (напряжение

Блок 20 задания сварочного тока формирует сигналы задания (U), пропорциональные среднему значению сварочного тока I

Cf

ср.

, а (1

также максимальному 1ср. (.1 +р) и минимальному I jvp П -|3) заданным уровням тока ( - коэффициент пульсаций тока). В зависимости от соотношения уровней сигнала задания ( Uj мин ) и сигнала обратной связи с шунта () выходной сигнал компаратора принимает значения 1 Си, up или О (UQ, Uj) .

К транзисторному инвертору 15 (к транзисторным ключам 9) подсоединен блок 18 управления работой транзисторов (фиг.З). К входам компаратора 19 подключены шунт 5 и блок 20 задания сварочного тока. Выход компаратора через блок 21 времязадаю- щих цепей подключен к входу блока 18 управления работой транзисторов. Выход инвертора соединен с входом контура 7 свободного затухания сварочного тока.

Первый вход (Вх1) схемы 22 совпадения блока 21 соединен с выходом компаратора 19, выход первой время- задающей цепи блока 21 - с входом блока 18 управления и через вторую

0

15

0

5

0

5

0

времязадающую цепь блока 21 с вторым входом (Вх2) схемы 22 совпадения.

Устройство работает следующим об- .разом.

На холостом ходу, при разомкнутых электродах (фиг.З), сигнал обратной связи по току UQJ. равен нулю, а при наличии напряжения задания (и, „(,,) на выходе компаратора 19 - логическая 1. Наличие двух 1 на схемы 22 вызывает появление

входе

1 на выходе схемы 23 и, следовательно, на входе блока 18. Открываются транзисторные ключи инвертора 15 (например, ключи 36, фиг.4а), на выходе источника 8 (зажимы 10 и 11) появляется напряжение U. Начинается отсчет времени импульса. По мере заряда конденсатора 32 напряжение на резисторе 29 падает до значения логического О. Транзисторы инвертора закрываются. Одновременно на выходе схемы 25 появляется логическая 1, на выходе схемы 27 (Вх2 схемы 22) - на выходе схемы 23 - О. Наличие О на выходе схемы 23 позволяет конденсатору 32 быстро разрядиться через диод 34. Начинается отсчет времени паузы (транзисторы инвертора выключены U,j. 0). По мере заряда конденсатора 33 напряжение на резисторе 31 падает до уровня О, на выходе схемы 27 появляется 1. Логическая 1 появляется также на входе блока 18 и схемы 25. Происходит быстрый разряд- конденсатора 33 через диод 35. Включаются транзисторы инвертора, начинается отсчет времени импульса.

Таким образом, на холостом ходу (электроды разомкнуты) блок 21 время- задающих цепей работает в импульс- 5 ном режиме с интервалами At, и ut.

Частота (f --- ) и

Т t, + U tj

скважность (T/ut ) импульсов блока 0 21 определяют частоту и скважность подачи импульсов напряжения Uj с - выпрямителя 14 на первичную обмотку трансформатора 16 (например, на обмотку 38, фиг.4а). В течение вре- g мени импульса магнитная индукция в сердечнике трансформатора возрастает, в течение времени паузы спадает (например, в схеме фиг.4а размагничивание происходит через дополни 1459839

тельную обмотку 40, стабилитрон 4t, : диод 37 и емкостный фильтр выпрямителя 14) (фиг.З).

При замыкании сварочных электро g дов начинается процесс нарастания ч сварочного тока (тока дуги 1д, фиг,2). При этом блок 21 продолжает работать в импульсном режиме (в режиме генератора импульсов) до ю тех пор, пока нарастающий сварочный ток не достигает за|Цаного максимального уровня I ной cpflSH - и

макс ос.макс

а сигнал обрат- Р этот момент

(t , фиг,2) компаратор 19 переключается. На его выходе, а следовательно, на входе блока 21 (Вх1 схемы 22) появляется О, Прохождение очередного импульса прекращается. Начинается спад тока в контуре свободного затухания (интервал t,,,.,t , фиг,2), Одновременно начинается заряд конденсатора 33, и на время его заряда происходит дополнительное блокирование схемы 22 (на Вх2 - О) на время At, , исключающее включение транзисторных ключей. Повторное включение инвертора возможно не раньше, чем на двух входах-схемы 22 появится 1, для чего, во-первых, должен окончиться заряд конденсатора 33, а, во-вторых, сварочный ток должен опуститься до уровня 1д,ин, соответствукнцего новой установке блока 20.

Таким образом, независимо от скорости спада сварочного тока в контуре 7 (скорость спада тока резко возрастает, а интервал t,,,,,tn, резко уменьшается при увеличении межэлектродного расстояния - при растяжке дуги) блок 21 обеспечивает гарантированное время для размагничивания трансформатора 16, т,е, гарантирует высокую надежность работы устройства при любых возможных режимах нагрузки (холостой ход, короткое замыкание, растяжка дуги),

Интервалы времени &t, и utj для осуществления предложенного способа связаны с параметрами устройства следующими соотношениями: WfS-UB

иГ

t, : t,

st t

p

uT

S- UB

где t ц и tp - время намагничивания

и размагничивания сер

W,

WH S йВ и, 5

и

ст

0

8

дечника трансформа- тора;

число витков первичной обмотки; число витков размагничивающей обмотки i (при ее отсутствии W WJ; сечение сердечника, .м

рабочий диапазон индукции, Т,; выпрямленное напряжение входного выпрямителя, В;

напряжение стабили- сталибитрона в цепи размагничивания, В,

Дпя однотактных схем В В

- В,

макс йВ«

ост ДЛЯ двухтактных схем ,р , где - максимальная рабочая индукция;Во остаточная индукция.

Например, для однотактной схемы (фиг.4а) при и, т.380 « 540 В; UCT 160 В; S 610- Wj ,160; Wii 180; iiB,, 0,28 Тл; B(jj 0,03 Тл (для ферритового сердечника)

160.6

-.-4

45

... 180-6 -Ю . 0.25 -

0

,-6

5

540 Принимаем

t, 40-10 Рабочая частота f 1/ut, + ut

39- 10

-6

с.

г 6

С, At, 43 -Ю с

12 кГц

По сравнению с базовым объектом в предложенном устройстве снижена мас

са при одновременном расширении пределов регулирования тока (в одном диапазоне). Уменьшение массы обеспечено за счет применения инвертора и работы силового трансформатора на повьш1енной частоте. Повышение сва- рочных свойств связано с применением предложенного релейного способа управления сварочным током в ин- верторном источнике.

Ф. ормула изобретени

1.Способ релейного управления ком в сварочном контуре, заключающийся в том, что контур свободного затухания питают от высокочастотного трансформаторного инверторного

I источника, а управление сварочным током ведут по двум уровням - максимальному и минимальному, о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения, управление нарастанием тока до максимального уровня производят в циклическом режиме со временем импульса, не превьшающим времени полного намагничивания трансформатора инверторного источника, и со временем паузы, достаточным для ег полного размагичивания.или пере- магничивания, при этом по достижении максимального уровня тока источник отключают и включают повторно после снижения тока до минимального уровня,

2,Устройство для релейного уп- рйвления током в сварочном конт уре, содержащее контур свободного затухания сварочного тока, состоящий

из сварочной цепи, включающей электрод и изделие, дросселя, шунта и

0

5

0

5

0

обратного диода, и высокочастотный инверторный источник, состоящ.ий из входного выпрямителя, транзисторного инвертора, высокочастотного силового трансформатора, блока управления работой транзисторовj компаратора и блока задания сварочного тока, отличающееся тем, что, с целью- повышения качества сварного соединения, между компаратором и блоком управления работой транзисторов включен блок времязадающих цепей , содержащий цепь ограничения максимального времени открытого состояния транзисторов и цепь ограничения минимального времени закрытого состояния транзисторов, первая из которых содержит соединенные последовательно схемы совпадения инвертирования и дифференцирования, а вторая содержит соединенные последова- ,тельно схемы инвертирования, дифференцирования и повторного инвертирования, при этом выход компаратора соединен с первым входом схемы совпадения, выход первой времязадаю- щей цепи - с входом блока управления работой транзисторов и через вторую времязадающую цепь с вторым входом схемы совпадения.

Изобретение относится к дуговой сварке, в частности к системам питания сварочной дуги при различных способах дуговой сварки на постоянном токе. Цель изобретения - повышение качестве сварного соединения путем увеличения надежности способа управления сварочным током по двум уровням - максимальному и минимальному - в контуре свободного затухания. Нарастание сварочного тока до максимального уровня производят в циклическом режиме со временем импульса, не превышающим времени намагничивания сердечника высокочастотного трансформатора ин- верторного источника, и со временем паузы, достаточным для его полного перемагничивания. При достижении током максимального уровня источник отключают и включают его повторно после спада тока до минимального уровня. Устройство, реализующее способ, содержит контур свободного затухания сварочного тока и высокочастотный инверторный источник, состоящий из входного вьтрямителя, транзисторного инвертора, силового трансформатора, блока управления работой транзисторов, компаратора и блока задания сварочного тока. Для повышения надежности устройства между компаратором и блоком управления включен блок, содержащий две взаимосвязанные времязадающие цепи, одна изкоторых содержит схемы совпадения, инвертирования и дифференцирования и ограничивает максимальное время открытого состояния тран- зисторов, а другая содержит схемы инвертирования, дифференцирования и повторного инвертирования и ограничивает минимальное время закрытого состояния транзисторов. При этом выход компаратора соединен с первым входом схемы совпадения, выход пер-. Вой времязадающей цепи - с входом блока управления и через вторую вре- мязадающую цепь с вторым входом схемы совпадения. 2 с.п, ф-лы, 4 ил. (Л 1 ел со СХ СО ;о

f «,

t.

tfi Z

П

15

fe

L.

лг м

I- I 28 л П гг - 2J - 4-с5н1| i I

Составитель В.Пучинский Редактор О.Юрковецкая Техред Д.Олийнык

г/

„Л1Ш

W «j

дл

jwy

/У

Корректор М.Шароши