Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки Советский патент 1989 года по МПК B23K9/00 B23K9/10 

следовательно соединенные высоковольг тный выпрямитель 1 сетевого трехфазного напряжения, фильтр 2 и последовательный тиристорный мостовой резонансный инвертор 3, составленный из тиристоров 4-7 и обратных диодов 8- 11« В диагональ переменного тока инвертора 3 последовательно с коммутирующим колебательным контуром 12 включена первичная обмотка трансформатора 13, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель 14 сое-динена с балластным резистором 15, батареей конденсаторов 16, входами электронных реле 17.и 18 напряжения и через фильтр 19, представляющий собой реактор, с нагрузкой 20. Между

катодами тиристоров 6 и 7 и отрицательной шиной питания инвертора 3 раздельно включены электронные реле 21 и 22 тока, выходы которых присоединены к входам схемы ИЛИ 23 и соответственно к S- и R-входам RS-триг- гера 24, Q- и Q-выходы которого через свои формирователи 25 и 26 задержанного импульса подключены к первым входам схем И 27 и 28, а выходы последних через соответствующие усилители 29 и 30 импульсов подключены к управляющим электродам тиристоров 4, 7 и 5, 6 соответственно. Прямой выход электронного реле 17 напряжения и инверсный выход электронного реле 18 напрялсения подключены соответственно к S- и R-входам RS-триггера 31 выход Q кот орого, в свою очередь, подсоединен к первому входу схемы ИЛИ 32, а инверсный выкод последней

489934.тронных реле тока 21 и 22 соответственно, на диаграмме 41 - напряжение на выходе триггера 24, на диаграммах

е 42, И 43 - напряжения на выходах формирователей 25 и 26 , задержанного импульса соответственно, на диаграмме 44 - напряжение на выходе схемы ИЛИ 23, на диаграмме 45 - напряжение на

10 выходе одновибратора 36, на диаграмме 46 - импульсы на выходе формирователя 33 импульсов, на диаграмме 47 - напряжение на выходе сварочного источника при холостом ходе.

15 Инверторный 1,сточник постоянного тока для дуговой сварки, работает следующим образом.

. При йодключении источника к сети появляется напряжение питания систе20 -МЫ управления (источншс питания не показан. В исходном состоянии пусковым устройством 35 вырабатывается сигнал О, которым запрещается прохождение через схемы И 27 и 28 им25 пульсов управления. На выходе источника 37.опорного напряжения, вручную или автоматически устанавливается напряжение, максимальному значению которого соответствует максимальный ток

30 сварки и минимальное время продолжи- теЛ Ьности импульса, генерируемого од- новибратором 36, равное половине периода резонансной частоты колебательного контура инвертора 3

Так как на зажимах батарей конден35

.саторов 16 напряжение отсутствует, то на выходе электронного реле 17 напряжения присутствует сигнал О, а на инверсном выходе электронного реле 18

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током. Цель изобретения - повышение надежности работы сварочного источника питания. Инверторный источник содержит последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель сетевого трехфазного напряжения, фильтр и последовательный тиристорный мостовой резонансный инвертор с системой управления. В диагональ переменного тока инвертора последовательно с коммутирующим колебательным контуром включена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого через низковольтный выпрямитель соединена с балластным резистором, с батареей конденсаторов и через фильтр-реактор - с нагрузкой. Выходное напряжение сварочного источника при холостом ходе имеет низкочастотную переменную составляющую. Инвертор в источнике питания при сварке работает с паузами между соседними колебательными циклами, что повышает надежность его в работе. Сварочный источник питания обладает стабильными выходными параметрами, не зависящими от параметров нагрузки. Это облегчает его эксплуатацию с минимальным расходом электроэнергии в режиме холостого хода. 2 ил.

через формирователь 33 импульсов сое-дд напряжения - сигнал 1, благод.аря

динен с вторыми входами схем И 27 и 28, к третьим входам котррых и входу .. формирователя 34 импульсов подключено своим выходом пусковое устройство 35.

Инверсный выход, схемы ИЛИ 23 подключен к первому запускаюп1;ему входу одновибратора 36, к второму управляющему входу которого подсоединен своим выходом источник 37 пряжения

тора 36 соединен с вторым входом схемы ИЛИ 32, к третьему входу которой подключен выход формирователя 34 импульсов.

На диаграмме 38 (фиг.2) представлено изменение тока первичной обмотки трансформатора 13, на диаграммах 39 и 40 - напряжения на выходах элек45

опорного на- При этом вьпсод одновибра55

чему происходят сброс RS-триггера 3

RS-триггер 24 может находиться в любом состоянии. Если, например на выходе Q присутствует сигнал 1, т он через формирователь 25 задержанн го импульса поступает на первьй вхо схемы И 27.

При ручном или автоматическом пуске на вьгходе пускового устройства 35 появляется сигнал 1, под во действием которого формирователем 3 импульсов формируется положительный импульс определенной длительности. При прохождении этого импульса чере схему.ИЛИ 32 на ее инверсном выходе и, следовательно, на входе формиров теля 33 импульсов появляется сигнал О, а в конде импульса - 1, при котором последним на своем выходе

5

5

чему происходят сброс RS-триггера 31.

RS-триггер 24 может находиться в любом состоянии. Если, например на выходе Q присутствует сигнал 1, то он через формирователь 25 задержанного импульса поступает на первьй вход схемы И 27.

При ручном или автоматическом пуске на вьгходе пускового устройства 35 появляется сигнал 1, под воздействием которого формирователем 34 импульсов формируется положительный импульс определенной длительности. При прохождении этого импульса через схему.ИЛИ 32 на ее инверсном выходе и, следовательно, на входе формирователя 33 импульсов появляется сигнал О, а в конде импульса - 1, при котором последним на своем выходе

формируется положительный игольчатый импульс, который через схему И 27 и усилитель 29 импульсов подается на управляюише электроды тиристоров 4 и 7, отпирая их.

По электронному реле 22 тока начи- . нает протекать возрастающий ток полуволны синусоиды коммутирующего колебательного контура 12. В связи с тем, Q что поток рассеяния трансформатора 13 минимален, а емкость батарей конденсаторов намного больше емкости конденсатора коммутирующего колебательэлектроды тиристоров 5 и 6, тем самым отпирая их. Процессы в схеме повторяются в той же последовательности, как и ранее, с той лишь разницей что в работе теперь участвует электронное -реле 21 тока, возвращающее RS-триггер 24 в исходное состояние, при этом задержка переднего фронта сигнала 1 с выхода Q последнего осуществляется формирователем 25 задержанного импульса, а в конце полупериода колебательного процесса вклю чаются обратные диоды.9 и 10. Таким

ного контура 12, практически колеба- 15 образом инвертор 3 работает при потел ьныи процесс определяется -только параметрами этого колебательного контура.

При достижении полуволной тока порога срабатывания электронного реле 20 22 тока на его выходе появляется сигнал 1 (фиг.2), которым через R-вход

Ир еле нескольких циклов рассмотренного автоколебательного процесса по мере заряда напряжение на батарее конденсаторов 16 возрастает до уровня зажигания дуги на нагру зке 20, и если при этом дуговой промежуток ионизирован, например, осциллятором (не показан), то дуга зажигается и

изменяется состояния RS-триггера 24. С вьпсода Q последнего сигнал 1 через формирователь 26 задержанного им- 25 по цепи нагрузки через фильтр-реак- пульса с задержкой переднего фронта °Р 9 протекает ток сварки, вследст

подается на первый вход схемы И 28, причем время задержки больше длительности игольчатого импульса на выходе формирователя 33 импульсов, но мень- ше периода резонансной частоты инвертора. При этом сигнал О с выхода Q RS-триггера 24 через формирователь 25 задержанного импульса без задержки подается на первый вход схемы И 27, а с инверсного выхода схемы ИЛИ на запускающий вход одновибратора 36 подается сигнал О, подготавливающий его работу.

. Далее за счет колебательного про- цесса ток в коммутирующем колебательном контуре 12, достигнув максимума, спадает к нулю, после чего включаются обратные диоды 8 и 11. На выходе электронного реле 22 тока появляется сигнал О, вследствие чего с инверсного выхода схемы ИЛИ 23 на управляющий вход одновибратора 36 подается сигнал 1, генерируя на своем выходе положительньй импульс. При прохожде- НИИ этого импульса через схему ИЛИ 32 на ее инверсном выходе,и, следовательно, на входе формирователя 33 импульсов появляется сигнал О, а в конце импульса - 1, при котором по- следний на сво;ем выходе формирует положительный игольчатый импульс, который через схему И 28 и усилитель 30 импульсов подается на управляющие

й

1489934

электроды тиристоров 5 и 6, тем самым отпирая их. Процессы в схеме повторяются в той же последовательности, как и ранее, с той лишь разницей что в работе теперь участвует электронное -реле 21 тока, возвращающее RS-триггер 24 в исходное состояние, при этом задержка переднего фронта сигнала 1 с выхода Q последнего осуществляется формирователем 25 задержанного импульса, а в конце полупериода колебательного процесса включаются обратные диоды.9 и 10. Таким

стоянной частоте преобразования.

Ир еле нескольких циклов рассмотренного автоколебательного процесса по мере заряда напряжение на батарее конденсаторов 16 возрастает до уровня зажигания дуги на нагру зке 20, и если при этом дуговой промежуток ионизирован, например, осциллятором (не показан), то дуга зажигается и

по цепи нагрузки через фильтр-реак- °Р 9 протекает ток сварки, вследстпо цепи нагрузки через фильтр-реак- °Р 9 протекает ток сварки, вследст

вие чего дальнейший разряд конденсаторной батареи 16 прекращается.

Величина тока сварки .определяется средним током на выходе низковольтного вьтрямителя 14, который, в свою очередь, зависит от продолжительности паузы t между двумя соседними колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 12 (фиг.2). Величина паузы определяется длительностью импульса, генерируемого одно- вибратором 36, и может колебаться от нуля до максимального значения, которому соответствует минимальный сва- рочньаЧ ток..

Если в процессе заряда конденсаторных батарей 16 сварочная дуга на нагрузке 20 не зажигается, то процесс заряда продолжается до напряжения холостого хода и устройство вводится в режим холостого хода, при котором срабатывают электронные реле 17 и 18 напряжения. Уровень срабатывания первого из них соответствует тому максимальному значению напряжения заряда конденсаторных батарей 16, при котором обратные диоды 8, 11 или 9, 10 еще включаются, а уровень срабатывания второго меньше этого значения минимум на величину приращения напряжения на батарее конденсаторов 16 при одном колебательном

цикле коммутирующего колебательного контура 12.

При срабатывании электронного реле

18 напряжения с его инверсного в.ко- да на R-вход RS-триггера 31 подается сигнал О, а минимум через один колебательный цикл инвертора 3 срабатывает электронное реле 17 напряжения и появившийся сигнал 1 на его БЫХО-JO де через S-вход изменяет состояние

RS-триггера 31, при котором на его. выходе Q появляется сигнал 1, который подается на первьй вход схемы

ИЛИ 32, тем самым блокируя прохожде- 5 зависящими от параметров нагрузки,

Ч ние через него импульса, генерируемого одновибратором 36, С этого момента на входе формирователя 33 импульсов постоянно присутствует сигнал О, в связи с чем процесс автогенерации инвертора 3 на высокой частоте прерывается. При этом батарея конденсаторов 16 разряжается на балластном резисторе 15, вследствие чего отключается электронное реле 17 напряжения, а через промежуток времени электронное реле 18, причем На инверсном выходе электронного реле 18 напряжения появляется сигнал 1, который через R-вход сбрасьша- ет RS-триггер- 31 , при этом сигнал О с выхода Q последнего через схему ИЛИ 32 инвертируется и в виде сигна- ,ла 1 подается на вход формирователя 33 импульсов. На выходе последнего формируется игольчатый импульс, который в зависимости от состояния RS-триггера 24 через схему И 27 или И 28 открывает очередную пару тиристоров инвертора 3. Таким образом, . происходит подзаряд батарейвконденса торов 16, в процессе которого опять срабатывает электронное реле 18 напряжения и затем электронное реле 17 и процессы в схеме повторяются в описанной вьше последовательности. Выходное напряжение сварочного источника при холостом ходе имеет низкочастотную переменную составлякщую в форме обратной, пилы (фиг.2). В этом режиме. при возбуждении сварочной дуги напряжение на батарее конденсаторов 16--резко падает, электронные реле 17 и 18 напряжения отключаются и инвертор 3 автоматически переходит на высокочастотный, режим работы источника тока.

I .При ручном или автоматическом выключении на выходе пускового устройства 35 появляется сигнал О, запрещающий прохождение управляющих импульсов через схемы И 27 и 28, в связи .с чем работа инвертора 3 перерывается, накопленная энергия в батарее конденсаторов 16 разряжается через балластный резистор 15 и схема прихо- .дит в исходное состояние.

По сравнению с прототипом предлагаемый источник постоянного тока для дуговой сварки характеризуется повышенной надежностью, а именно более стабильными выходными параметрами, не

0

5

0

5

0

5

0

5

что облегчает его эксплуатацию, минимальным расходом электроэнергии в режиме холостого хода, что повышает его экономичность, более высокой частотой работы инвертора, что обеспечивает его меньшие габаритные размеры, вес и низкую себестоимость. ;.Кроме того, при высоких частотах преобразования сердечник понижающего трансформатора инвертора вместо дорогостоящей тонколистовой электротехнической стали можно, изготовить из дешевых твердых ферритов. Такой трансформатор позволяет резко снизить потери энергии в сердечнике на вихревые токи и предотвратить его разогрев.

Фор мула изобретения

Инверторный источник постоянного тока для дуговой еварки,содержащий последовательно соединенные высоковольтный выпрямитель, первый фильтр и последовательный тиристорный резонансный инвертор, а также трансформатор, вторичная обмотка которого че- ,рез низковольтный выпрямитель и второй фильтр со.единена с нагрузкой, систему управления инвертором, содержащую два RS-триггера, источник опорного напряжения, пусковое устройство, две схемы И, две схемы ИЛИ и два усилителя импульсов, отли-чаю- щ и и с я тем, что, с целью noBbmiE ния надежности работы источника, он снабжен батареей конденсаторов и балластным резистором, а система управления инвертором снабжена двумя электронными реле напряжения, двумя формирователями импульсов, одновибратором, двумя формирователями за,цержан- ного импульса и двумя электронными реле тока, при этом второй фильтр представляет собой реактор, последоФиг. /

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Пучинский

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Гирняк

Заказ 3621/18

Тираж 894

ВНИИПИ Государственн(5го комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

/Л

0uz.2

Подписное