Источник питания для электродуговой сварки оптических волокон Советский патент 1990 года по МПК B23K9/09 

Изобретение относится к устройствам, применяемым для сварки, в частности к источникам питания импульсного напряжения, и может быть использовано для электродуговой сварки оптических волокон.

Цель изобретения - повышение КПД источника питания путем снижения выходного напряжения импульса за счет снижения вторичного напряжения источника до напряжения горения дуги, обеспечения ее зажигания генерируемым

дополнительно кратковременным высоковольтным импульсом напряжения и уменьшения потребления энергии регулятором тока дуги.

На фиг. 1 дана принципиальная схема источника питания для электродуговой сварки оптических волокон (на n-p-n-транзисторах); на фиг. 2 - схема распределения токов и напряжений в цепях выходного двухтактного транзисторного ключевого усилителя мощности при отсутствии диодов при работаюк

щем транзисторе VT5 н закрытом транзисторе VT6 , на фиг. 3 - то же, при открытии тарнзистора VT6 и закрытии транзистора VT5; на фиг. 4 - схема 5 распределения токов и напряжений в цепях выходного двухтактного транзисторного ключевого усилителя мощности при наличии диодов VD1, VD2, при работающем транзисторе VT5 и закрытом JQ транзисторе VT6; на фиг. 5 - то же, при открытии транзистора VT6 и закрытии транзистора VT5} на фиг. 6 - форма генерируемого импульса при от - сутствии диодов в цепях коллекторов J5 транзисторов; на фиг. 7 - форма генерируемого импульса при наличии диодов VD1, VD2, в цепях коллекторов транзисторов.

Источник питания для электродуго- 20 вой сварки оптических волокон (фиг.1) содержит задающий генератор 1, предварительный усилитель 2, выходной двухтактный транзисторный ключевой усилитель 3 мощности с диодами VD1, VD2, 25 индикатор 4 тока дуги, регулятор 5 тока дуги. Выход задающего генератора соединен с входом предварительного усилителя 2, выход которого соединен с входом выходного двухтактного трап- 30 зисторного ключевого усилителя 3 мощности. Диоды VD1 и VD2 включены последовательно в цепь коллектора каждого из двух транзисторных ключей выходного двухтактного транзисторного ,,. ключевого усилителя 3 мощности. Вход регулятора 5 тока дуги включен ;з цепь вторичной обмотки выходного трансфор- . матора Т, а выход подключен к дополнительному входу предварительного усили- Q теля 2. Регулятор 5 тока дуги выполнен автоматическим по схеме сравнения, имеющей регулируемую уставку.

Задающий генератор 1 выполнен на микросхемах DD1.1, DD1.2, DD2, резис- 45 торах R1, R2, R3 и конденсаторе С1. Регулируемый резистор R3 предназначен для регулировки частоты генерируемых импульсов. Предварительный усилитель 2 выполнен на микросхемах DD1.3,DD1.4,о транзисторах VT1...VT4, резисторах R4...R11 и конденсаторах С2...С5. Выходной двухтактный транзисторный ключевой усилитель 3 мощности выполнен на транзисторах VT5, VT6, диодах VD1, с$ VD2, резисторах R12, R13, трансформаторе Т. Индикатор 4 тока дуги выполнен на измерительном приборе. Регулятор 5 тока дуги содержит выпрямительный мост на диодах VD3...VD6, компаратор DD3, резисторы R14...R20, конденсаторы Сб, С7.

Источник питания для электродуговой сварки оптических волокон работает следующим образом.

Сигналы задающего генератора 1 поступают на входы а1, а предварительного усилителя 2, сигнал регулятора 5 тока дуги - на вход в этого же усилителя. Положительный сигнал имеет ме место на том выходе усилителя 2, на входы которого (а1, а, в) поступают сигналы О от задающего генератора 1 и регулятора 5 тока дуги. На противоположном выходе в это время - нулевой выходной сигнал. Положительным сигналом открывается один из транзисторов (VT5 или VT6) выходного двухтактного транзисторного ключевого усилителя 3 мощности, при этом другой транзистор закрыт. Схемы распределения токов и напряжений ключевого усилителя 3 мощности при отсутствии диодов показана на фиг. 2,3, а при наличии диодов VD1, VD2 - на фиг. 4,5. Ка видно из схем, при открытии транзистора VT6 и закрытии транзистора VT5 ЭДС самоиндукции обмотки W, запирает транзистор VT6 по цепи эмиттера, однако при этом при отсутствии диодов транзистор открывается по цепи VT4- R13 - коллектор VT6-W, создавая цепь W/ - ипит - VT6 - WV для разряда энергии, запасенной в индуктивности первичной обмотки трансформатора, как

показано на фиг. 3. i

Импульс перенапряжения, возникающий на выходе трансформатора Т в момент закрытия транзистора VT5, будет небольшой по амплитуде и короткий по длительности, так как на его формирование израсходована только часть энергии, запасенной в индуктивности первичной обмотки трансформатора. Другая часть энергии рассеялась в элементах схемы от протекания тока разряда. При включении диодов VD1, VD2, диод VD2 будет препятствовать открытию транзистора VT6 по цепи база - коллектор и протеканию тока разряда. После закрытия транзистора VT5 вся энергия, запасенная в индуктивности первичной обмотки трансформатора, израсходуется на импульс перенапряжения, амплитуда и длительность которого в результате будут значительно большими.

515

При открытии транзистора VT5 и закрытии транзистора VT6 все будет про- исходить аналогично, но при другой полярности. После спада импульса на выходе трансформатора будет генерироваться напряжение, определяемое по амплитуде напряжением питания и коэффициентом трансформации трансформатора Т и по длительности равное длительности импульсов задающего генератора 1. Во второй полупериод задающего генератора все повторяется, но с обратной полярностью на выходе. Форма генерируемого импульса при отсутствии диодов и при их наличии приведена на фиг. 6 и 7 соответственно.

Как видно на фиг. 6, при отсутствии диодов импульсы перенапряжения очень кратковременные и имеют небольшую кратность по амплитуде, тогда как при наличии диодов (фиг. 7) эти импульсы имеют значительную длительность и по амплитуде более чем на порядок превышают амплитуду импульса, определяемого напряжением питания и коэффициентом трансформации трансформатора Т. Такая форма импульса обеспечивает зажигание дуги высоковольтным пиком импульса и ее поддержание пониженным напряжением импульса, величина которого теперь определяется только напряжением дуги.

I

Регулировка тока дуги осуществляется регулятором 5 тока дуги. Выпрямительный мост VD3...VD6, включенный последовательно во вторичную обмотку трансформатора, выпрямляет ток дуги. В цепь выпрямленного тока включен резистор R14, являющийся датчиком регулятора 5 тока дуги, сигнал с которого поступает на прямой вход компаратора DD3. На инверсный вход компаратора DD3 подается сигнал уставки с делителя R17...R19. Регулировка уставки осуществляется регулируемым резистором R19. При равенстве на входе сигналов на выходе компаратора имеется сигнал О, чем обеспечивается работа усилителя устройства в зависимости от сигналов, поступающих от задающего генератора 1.

В случае возрастания тока свыше тока уставки на выходе компаратора появляется сигнал 1, блокирующий по -входу Ь предварительный усилитель 2,

5

01

Q

0

5

0

5

0

5

0

5

26

что приводит к закрытию выходного усилителя 3 мощности и спаду тока.

По сравнению с базовым объектом включение регулятора 5 тока дуги в цепь вторичной обмотки выходного трансформатора Т с величиной тока порядка десятка миллиампер и подача сигнала от него на вход предварительного усилителя 2 снижает потребление электроэнергии настоящим источником- питания по сравнению с включением регулятора тока дуги непосредственно в силовую схему с величиной тока порядка несколько ампер, как это выполнено в прототипе.

Технико-экономические преимущества настоящего технического решения заключаются в повышении КПД источника питания для электродуговой сварки оптических волокон за счет снижения вторичного напряжения источника питания до напряжения горения дуги и уменьшения потребления энергии регулятором тока дуги.

Формула изобретения

Источник питания для электродуговой сварки оптических волокон, содержащий задающий генератор, предварительный усилитель, выходной двухтактный транзисторный ключевой усилитель мощности с трансформаторным выходом, индикатор тока дуги и регулятор тока дуги, причем выход задающего генератора соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом выходного двухтакто- вого транзисторного ключевого усилителя мощности, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД источника питания путем снижения выходного напряжения импульса, источник снабжен диодами, включенными последовательно в цепь коллектора каждого из двух транзисторных ключей выходного двухтактного транзисторного ключевого усилителя мощности полярностью, соответствующей току прямого включения данного транзисторного ключа, а регулятор тока дуги включен по ьходу в цепь вторичной обмотки выходного трансформатора, а по выходу подключен к дополнительному входу предваритель-. ного усилителя и выполнен автоматическим по схеме сравнения с регулируемой уставкой.

Изобретение относится к сварке, в частности к источникам питания импульсного напряжения, и может быть использовано для электродуговой сварки оптических волокон. Цель изобретения - повышение КПД источника питания путем снижения выходного напряжения импульса. Источник питания содержит задающий генератор, предварительный усилитель, выходной двухтактный транзисторный ключевой усилитель мощности с трансформаторным выходом, индикатор и регулятор тока дуги. При этом выход генератора соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом выходного усилителя. Последовательно в цепь коллектора транзисторных ключей выходного усилителя включены два диода. Регулятор тока дуги выполнен автоматическим по схеме сравнения с регулируемой уставкой и включен по входу в цепь вторичной обмотки трансформатора, а по выходу - к дополнительному входу усилителя. При закрывании одного транзисторного ключа и отрывании другого вся энергия, запасенная в индуктивности первичной обмотки трансформатора, передается в нагрузку. Дополнительные диоды препятствуют рассеиванию части энергии на элементах схемы выходного усилителя, что способствует повышению КПД всего источника. 7 ил.

Фиг,,

Фш.З

VTff

Фиг. Ч

ч

W

Фиг. 6

VS1

Мг

WJY

«.Ч

0

Упит + 0

VD2

Qut.s

Фи.7