Инверторный сварочный источник питания Советский патент 1989 года по МПК B23K9/00 B23K9/10 

О1

о:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током. Цель изобретения - повышение надежности сварочного источника питания за счет устранения влияния параметров нагрузки в схеме инвертора на сварочный ток. Источник содержит выпрямитель напряжения промышленной сети, к которому подсоединен накопительный конденсатор, состоящий из двух последовательно включенных конденсаторов и полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор с обратными диодами, состоящий из тиристоров, обратных диодов и последовательного коммутирующего колебательного контура. Контур соединен с общей точкой тиристоров и точкой соединения первичной и дополнительной обмоток трансформатора соответственно. Выходы инвертора подключены к соответствующим управляющим электродам тиристоров. При подключении источника питания к сети и поочередной подаче управляющих импульсов от блока управления на тиристоры по первичной обмотке трансформатора течет переменный ток, обусловленный колебательными циклами коммутирующего контура. Частота собственного резонанса колебательного контура инвертора во всех режимах работы остается постоянной, что обеспечивает устойчивость тиристорного инвертора от внешних возмущений и помех. 2 ил.

И1(1бре1ение относится к электротехнике, ii частности к статическим преобразовате- ;1ям электрической энергии, и может быть пспользпвано для электродуговой сварки постоянным током.

11,ел1,ю изобретенття является повыщепие на.1ежл{огти работы сварочного источника 1П тапия ui счет устранения влияния параметров нагрузки в с.хеме инвертора на сва- ючный ток.

На фиг. 1 изображена структурная схема инве)торно1Ч) сварочного источн 1ка ini- тания; на фиг. 2 - временная диаграмма тока iic в коммутирующем колебате, 1ьном контуре инвертора в режиме сварки.

Инверто)Н1);й сварочньп ncioMhiiK niiia- ния содержит ныирямите.и, 1 ишцшжения npoMbnn. iennoii сети i(|uii. 1), к м то|1:ли пара;ктельно по.тсоединепы na.-.inin /с п.н ьп конденсатор, сосюящип ii.i дну.х noiMe юна тельно вк.Т1Оче))Ных конденсаюрии 2 и 3. и no. iyмостовой тирнсто)ньп 1 после;-. ina KMI, ны1т резонансн,1Й иинер тор 4 с пбр;:; IILIMH диодами, состоянии из тирп.то)о15 5 и 6. обратных диодов 7 и 8 и последпнатсльном) i-.. MM ути рующе1 о ко.теба ixMbnoi o Koniyfia 9. один коней которого сое.тиисп с обпк и гкч кой тиристоров 5 и 6 )тора 4, а .ipyion - с общей точкой nepiuinnon и .юпо.шитгльпой обмоток гра)1сфо()ма тора И), нключеппых

о: о:

между собой последовательно в согласном направлении. При этом второй конец первичной обмотки трансформатора 10 подключен к общей точке конденсаторов 2 и 3 накопительного конденсатора, а второй конец дополнительной обмотки трансформатора 10 через свою пару обратных диодов 11 и 12 соответственно соединен с положительным и отрицательным выходами выпрямителя I напряжения промып1ленной сети. Вторичная обмотка трансформатора 10 через выпрямитель 13 сварочного тока подключена к батарее конденсаторов 14 и через реактор 15 - к нагрузке 16. При этом вы.ход выпрямителя 1 напряжения промыгпленной сети соединен с входом обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17. а выходы юследнего подключены к соответствую щим управляющим электродам тпристоров 5 и 6 инвертора 4.

Инверторный сварочный источник питания работает следующим образом.

При подключении источника питания к сети и поочередной подаче унравляющих импульсов от блока управления инвертором 17 на тиристоры 5 и 6 инвертора 4, по первичной обмотке трансформатора 10 погечет переменный ток, обусловленный колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг. 2). В связи с тем, что поток рассеяния трансформатора 10 минимален, а емкость конденсаторов 2 и 3 и емкость батареи конденсаторов 14 на.много больще емкости конденсатора коммутирующего колебательного контура 9, то ксхтеба тельный процесс практически определяется только параметрами колебательпою контура 9. Следовательно, собственная )езона11с- ная частота колебательной цепи и ее добротность постоянны. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с постоянной паузой t, между соседними колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). Величина паузы t, определяется частотой следования управляющих импульсов блока управлепия инвертором 17. заданной внутренним генератором последнего (не показан).

После нескольких циклов колебательного процесса по мере заряда практически постоянным по средней величине током напряжение на батарее конденсаторов 14 возрастает до уровня зажигания дуги на нагрузке 16, и если при этом дуговой промежуток ионизирован, например, осциллятором (не показан), то дуга зажигается и по цепи на|-руз- ки через реактор-ограничитель 15 тока протекает ток сварки, вследствие 4ei-o дальней- щий заряд конденсаторной батареи 14 прекращается, а напряжение на ней определяется падением напряженпя на ду овом промежутке нагрузки 16. В режиме сварки амплитуда суммарног О напряжения на первич

0

ной и дополнительной обмотках трансформатора 10 меньше, чем равные между собой напряжения на каждом из конденсаторов 2 и 3, из-за чего обратные диоды 11 и 12 остаются запертыми и в работе не участвуют, при этом установивщийся средний ток сварки практически стабилен, мало зависит от величины напряжения на дуге нагрузки 16 и определяется лищь величиной паузы ii .между ко.тебательными циклами инвертора (фиг. 2) и напряжением на выходе выпрямителя 1 напряжения промыщленной сети (фиг. 1).

Если при включении источника питания сварочная дуга на нагрузке 16 не зажигается или в процессе сварки она оборвалась, то процесс заряда батареи конденсаторов 14 продолжается до напряжения холостого хода, при котором обратные диоды 7 и 8 инвертора еще включаются.

В режиме холостого хода суммарное напряжение на первичной и допатнительной обмотках трансформатора 10 становится больще, чем напряжение на каждом из кон.аен- саторов 2 и 3. благодаря чему в зависимости от изменяюпхейся полярности этся О напряжения обратные диоды 11 и 12 поочередно пропускают ток рекуперации, возвращая всю энергию, потребляемую инвертором 4 (за иск.1ючением энергии потерь в паразитных сопротивлениях схемы), и конденсаторы 2 и 3. При зажигании дуги на нагрузке 16 в этом режиме напряжение на батарее конденсаторов 14 падает до уровня напряжения дуги, ток рекуперации обратных диодоБ 11 и 12 падает до нуля и источник 1П1тания с режима холостого хода автоматически переходит в режим сварки.

При колебаниях напряжения 1итаюп1ей сети нрогюрциональгю повышается или понижается напряжение на входе обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17, в зависимости от чего соответственно понижается или повыщается частота управляющих импульсов на выходе последнего, что увеличивается или уменьшает время паузы t, (фиг. 2) между соседними колебательными циклами ком.мутирующего коле- 5 бательного контура 9, поддерживая тем самым, постоянным среднее значение тока сварки.

5

0

5

0

50

55

По сравнению с прототипом применение инверторного сварочного источника 1тта- ния фи стабильном установленном токе сварки, не зависящем от параметров нагрузки и практически полной си.мметричной загрузке силовых элементов схемы, характеризуется повьппенной надежностью за счет достижения устойчивости тиристорного инвертора от внешних возмущений и помех. Это дает возможность обеспечить его работу сравнительно простой с.хемой управления без сложных обратных связей по цепи на

грузки. Помимо указанных достоинств схема источника облегчает его эксплуатацию. Частота собственного резонанса колебательного контура инвертора во всех режимах работы остается постоянной, а минималь ное время, предоставленное для восстановления запирающих свойств тиристоров, равно половине периода этой частоты, что обеспечивает работоспособность инвертора на .максимальных частотах преобразования, верхний предел которой практически ограничивается коммутационными способностями использованных в нем силовых элементов. Это обстоятельство обеспечивает минимальные габаритные размеры, вес, и низкую себестои.мость источника питания, а также позволяет сердечник понижающего трансформатора инвертора вместо дорогостоящей тонколистовой электротехнической стали изготовить из дещевых магнитомяг- ких ферритов, что резко снижает потери электроэнергии в сердечнике на вихревые ГОКИ, предотвращает его разогрев и повышает КПД устройства в целом.

Формула изобретения

Инверторный сварочный источник питания, содержаш,ий выпрямитель напряжения П1)( тленной сети и подк тючеиные к нему пара.икмьно дгза 1ОС, 1едователы1О соединенных киндехсатора и полумостовой тирист(.)р- ный последовательный резонансный инвер

тор. состоящий из двух пос.И ЛП:); гольно соединенных тиристоров. правлиюшис з.юктро- ды которых подключены к выходам б.юка управления указанным инвертором, а также трансформатор с включенными последовательно и согласно первичной и дополнительной обмотками, причем свободный конец последней через первую пару обратных диодов подсоединен к выходам выпрямителя напряжения промыщленной сети, а вторичная обмотка трансформатора подключена к выпрямителю сварочного тока, причем второй конец первичной обмотки трансформатора подключен к общей точке кон;,енсагоров. отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе источника, он снабжен батареей конденсаторов и реактором, а полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор снабжен включенной встречно-параллельно с тиристорами указанного инвертора второй парой обратных диодов и последовательным коммутирующим колебательным контуром, один конец которого соединен с общей точкой тиристоров инвертора, а второй - с обпаей точкой первичной и дополнительной обмоток трансформатора, при этом выпрямитель сварочного тока подключен к батарее конденсаторов и через реактор - к нагрузке, а выход выпрямителя напряжения npoMbiuj- леиной сети соединен с входом обратной связи по напряжению блока управления иивер- гором.

Фиг.

vy

r

фиг. Z