Устройство для ограничения напряжения холостого хода источника сварочного тока Советский патент 1990 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к устройствам, ограничивающим напряжение холостого хода источников сварочного тока, и предназначено для защиты человека от поражения электрическим током при ручной дуговой электросварке.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет его упрощения и обеспечение контроля исправности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема функционального узла контроля и защиты; на фиг. 3 - вольт-амперные характеристики первого коммутирующего элемента блока контроля и защиты; на фиг. 4 - временная характеристика напряжения на конденсаторе времязадающей цепи блока контроля и защиты.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 оперативного напряжения (ИОН), основной коммутатор (ОК) 2, основной коммутирующий элемент (ОКЭ) 3, элемент 4 управления основным коммутатором (ЭУ), чувствительный датчик 5 тока (ЧДТ), датчик 6 сварочного тока (ДСТ), элемент 7 выдержки времени (ЭВ), защитный коммутирующий элемент (ЗКЭ) 8 и функциональный узел 9 контроля и защиты (УКЗ).

ел ел

Јъ

00

|

источник 10 сварочного тока (ИСТ), элект- рододержатель 11 с электродом и свариваемое изделие 12, выход (В) 13 защитного коммутатора.

Функциональный УКЗ 9 (фиг. 2) содержит защитный коммутатор 14 с выходом (В) 13 (на фиг. 1) и блок контроля и защиты, включающий в себя времязадающую цепь (ВЦ) 15, состоящую из резистора 16 и конденсатора 17, выпрямитель (ВП) 18, состоящий из диодного моста 19 и конденсатора 20, первый коммутирующий элемент 21, ре- зисторный делитель (РД) 22, состоящий из резисторов 23 и 24, второй коммутирующий элемент (КЭ2) 25, состоящий из транзистора 26 и резистора 27, третий коммутирующий элемент (КЭЗ) 28, состоящий из транзистора 29 и резистора 30, разрядный вентиль 31 и разрядный резистор 32.

ИОН 1 представляет собой блокинг-гене- ратор, собранный на транзисторе, который имеет две выходных обмотки, одна из которых подключена параллельно выходу ИСТ 10, а другая через ОК. 2, представляющий собой оптронный тиристор, присоединена к выводу управления ОКЭ 3, представляющего собой семистор, который включен в цепь питания ИСТ 10. Вывод управления ОК 2 подключен к источнику питания через ЭУ 4 основным коммутатором, представляющим собой полупроводниковый ключ на полевом транзисторе. Вывод управления указанного элемента присоединен через ЭВ 7 времени к первому выходу ЧДТ 5, включенному в сварочную цепь. ЭВ 7 времени представляет собой усилительный каскад, выполненный на транзисторе, в цепь эмиттера которого включена / С-цепь, которая обеспечивает время выдержки полного напряжения холостого хода, а база транзистора через помехоподав ляющую интегрирующую цепочку присоединена к первому выходу ЧДТ 5.

Блок контроля и защиты функционального УКЗ 9 содержит ВЦ 15, состоящую из последовательно соединенных резистора 16 и конденсатора 17, подключенную через ВП 18, состоящий из диодного моста 19 и конденсатора 20, к выходу ИСТ 10. К обкладкам конденсатора 17 подключен через первый коммутирующий элемент 21, представляющий собой тиристор, защитный коммутатор 14, В 13 которого включен в цепь управления ЗКЭ 8 ЗК.Э 8, представляющий собой полупроводниковый или электромагнитный расцепитель, включен в цепь питания ИСТ 10. Вывод управления первого коммутирующего элемента 21 подключен через резисторный делитель 22. состоящий из резисторов 23 и 24, к выходу ВП 18. Параллельно резистору 23 включен второй коммутирующий элемент 25, представляющий собой транзисторный ключ 26 с резистором 27 в цепи базы, которая подключена к второму выходу ЧДТ 5.

Параллельно конденсатору 17 ВЦ 15 подключен третий коммутирующий элемент 28,

0

представляющий собой транзисторный ключ 29 с резистором 30 в цепи базы, которая соединена с ДСТ 6. Параллельно резистору 16 ВЦ 15 подключен разрядный вентиль

31 таким образом, чтобы его анод был присоединен к обкладке конденсатора 17, а разрядный резистор 32 был подключен параллельно выходу ВП 18.

Устройство работает следующим образом. При разомкнутой цепи сварочного тока на электрододержатель с электродом 11 подается оперативное высокочастотное напряжение с первой обмотки блокинг-генератора ИОН 1. Напряжение со второй обмотки указанного блокинг-генератора на управляющий

вывод ОКЭ 3 не поступает, так как ОК 2, представляющий собой оптронный тиристор, закрыт. Вследствие этого ОКЭ 3 также закрыт и напряжение сети не подается на вход источника сварочного тока.

При замыкании сварочной цепи в ней появляется оперативный ток, который наводит ЭДС в обмотках ЧДТ 5 Транзистор ЭВ 7 времени открывается и происходит заряд емкости / 5-цепочки этого элемента. Напряжение на конденсаторе открывает по5 левой транзистор элемента управления основным коммутатором 4. В цепи управления основного коммутатора 2 появляется ток, который открывает оптронный тиристор. На управляющий электрод семистора ОКЭ 3 начинает поступать высокочастотное импульс0 ное напряжение с второй обмотки блокинг- генератора ИОН , которое открывает семистор ОКЭ 3, и напряжение подается на вход ИСТ 10. Начинается процесс сварки. При этос ЭДС, наводимая во вторичной обмотке ДСТ 6, открывает транзистор 29

5 третьего коммутирующего элемента 28, что не позволяет зарядиться конденсатору 17 ВЦ 15 в функциональном УКЗ 9 Таким образом, блокируется включение защитного коммутатора 14 во время сварки.

0 После прекращения процесса сварки напряжение на выходе ИСТ 10 поддерживается в течение времени, не превышающего 1 с, за счет разряда конденсатора ЭВ времени через параллельно подключенный ре5 ЗИСТРРJ В случае появления напряжения холостого хода на время, превышающее 1 с, при отсутствии сварочного тока, что может произойти вследствие неисправности устройства (например, при пробое семистора основного

0 коммутирующего элемента 3), отключение ИСТ 10 от сети осуществляется защитным коммутирующим элементом 8 следующим образом. При появлении напряжения холостого хода на выходе ИСТ 10 происходит быстрый заряд конденсатора 20 через диодный

5 мост 19, а затем начинается более медленный заряд конденсатора 17 ВЦ 15. Постоянная времени этой цепи выбрана таким образом, что напряжение на конденсаторе 17 достигает напряжения включения тиристора UBIUI

(фиг. 3) при заданном токе Лиц в цепи управления тиристора, который определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов 22 и 23 за время контроля /к (фиг. 4). Время контроля /Л несколько превышает время выдержки напряжения холостого хода, которое может составлять 1 с. При достижении напряжением Uc на конденсаторе 17 значения L/muij открывается тиристор первого коммутирующего элемента 21, срабатывает защитный коммутатор 14, который своим В 13 размыкает цепь управления ЗКЭ 8. Этот элемент размыкается, что обеспечивает отключение ИСТ 10 от сети питания.

В том случае, если при появлении на

выходе ИСТ 10 напряжения холостого хода сварщик прикасается к элементам сварочной цепи, появляется ток утечки. Этот ток наводит ЭДС во вторичных обмотках ЧДТ 5, которая открывает в течение каждого полу- периода транзистор 26 второго коммутирующего элемента 25. Этот транзистор шунтирует резистор 23. За счет этого ток в цепи управления тиристора коммутирующего элемента 21, определяемый сопротивлением резистора 24, достигает значения 1уяр2 и этот тиристор открывается при напряжении между анодом и катодом t/вм (фиг. 3). При этом включение защитного коммутатора 14 произойдет за время срабатывания защиты ts, которое определяется временем нараста- ния напряжения Uc на конденсаторе 17 ВЦ 15 до значения UBK. (фиг. 4). Время tz выбирается таким образом, чтобы промежуток времени от момента попадания сварщика под напряжение холостого хода до момента размыкания цепи питания ИСТ 10 ЗКЭ 8 составлял 0,1-0,2 с. Такое время позволяет обеспечить безопасность сварщика при попадании под напряжение холостого хода, а также надежное зажигание дуги при соприкосновении электрода со свариваемым изделием 12.

При зажигании сварочной дуги и появлении сварочного тока ЭДС, наводимая в обмотке ДСТ 6, открывает при каждом положительном полупериоде транзистор 29 третьего коммутирующего элемента 28, что предотвращает заряд конденсатора 17 до напряжения включения UtM. транзистора первого коммутирующего элемента 21. Это блокирует включение защитного коммутатора 14 в процессе сварки.

Разрядная цепь, состоящая из вентиля 31 и резистора 32, предотвращает заряд конденсатора 17 до напряжения открывания тиристора первого коммутирующего элемента 21 при нескольких следующих друг за другом кратковременных соприкосновениях электрода со свариваемым изделием 12, если при этом по каким-либо причинам не зажигается сварочная дуга.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет следующие преимущества.

Q

5

п 5 0

5

0 5

6

Устройство осуществляет контроль времени выдержки напряжения холостого хода. При превышении времени существования этого напряжения 1 с происходит срабатывание защитного коммутатора 14 и отключение цепи питания ИСТ 10 ЗКЭ 8. В известном устройстве такой контроль отсутствует.

При любой неисправности устройства, сопровождающейся появлением напр яжения холостого хода на выходе ИСТ 10 (в том числе и за счет пробоя ОКЭ 3), если время его существования превышает 1 с, также происходит отключение напряжения питания ЗКЭ 8. В известном устройстве не осуществляется контроль исправности основного коммутирующего элемента.

Таким образом, функциональный узел контроля и защиты предлагаемого устройства осуществляет более полный контроль исправности устройства, чем соответствующий узел извесного устройства. Это обеспечивает безопасность сварщика при использовании устройства для ограничения напряжения холостого хода источника сварочного тока даже при возникновении неисправности какого-либо его элемента.

Функциональный узел контроля и защиты предлагаемого устройства более простой, чем соответствующий узел известного устройства, который состоит из отдельных схем - схемы контроля неисправности и схемы защиты, так как содержит меньшее колчество однотипных элементов (например, коммутирующих элементов в указанном функциональном узле предлагаемого устройства 3, и у известного 7).

Формула изобретения

Устройство для ограничения напряжения холостого хода источника сварочного тока, содержащее источник оперативного напряжения, подключенный первым выходом к сварочной цепи, основной коммутатор, основной коммутирующий элемент, элемент управления основным коммутатором, чувствительный датчик тока и датчик сварочного тока, включенные в сварочную цепь, элемент выдержки времени, защитный коммутирующий элемент, включенный в цепь питания источника сварочного тока, и функциональный узел контроля и защиты, включающий защитный коммутатор и блок контроля и защиты, с коммутирующими элементами, отличающееся тем, что с целью повышения надежности и обеспечения контроля исправности, блок контроля и защиты выполнен в виде времязадающей цепи, подключенной через выпрямитель к выходу источника сварочного тока, состоящей из последовательно соединенных резистора и конденсатора, к обкладкам которого подключен через первый коммутирующий элемент защитный коммутатор, выход которого включен в цепь управления защитного коммутирующего элемента, к выводу управления первого коммутирующего элемента присоединен вывод одного плеча резисторного делителя, а вывод другого его плеча подключен к выходу выпрямителя, соединенному с резистором времязадающей цепи, параллельно этому плечу резисторного делителя включен второй коммутирующий элемент, вывод управления которого присоединен к чувствительному датчику тока, третий коммутирующий элемент, вывод управления которого соединен с датчиком сварочного тока, включен параллельно конденсато

ру времязадающей цепи, параллельно резистору этой цепи подключен разрядный вентиль, а разрядный резистор присоединен к выходу выпрямителя, второй выход источника оперативного напряжения подключен через основной коммутатор к выводу управления основного коммутирующего элемента, включенного в цепь питания источника сварочного тока, а вывод управления основного коммутатора через последовательно -соединенные элемент управления основным коммутатором и элемент выдержки времени подключен к чувствительному датчику.

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при проектировании источников питания. Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства за счет его упрощения и обеспечения контроля неисправности. Устройство содержит узел контроля и защиты, защитный коммутирующий элемент и источник оперативного напряжения, подключенный одним выводом к сварочной цепи источника сварочного тока, а другим - через основной коммутатор к управляющему электроду основного коммутирующего элемента. При появлении тока в сварочной цепи сигнал с чувствительного датчика тока подается через элемент выдержки на элемент управления, который через основной коммутатор включает основной коммутирующий элемент. Если напряжение холостого хода U_хх на выходе источника сварочного тока существует дольше времени выдержки, происходит заряд конденсатора времязадающей цепи до напряжения включения U_вкл тиристора первого коммутирующего элемента, который включает защитный коммутатор, отключающий защитный коммутирующий элемент. При попадании сварщика под U_хх ток утечки наводит в чувствительном датчике тока сигнал, который открывает коммутирующий элемент, шунтирующий один из резисторов делителя, включенного в цепь управления первого коммутирующего элемента, что уменьшает его U_вкл. При этом напряжение на конденсаторе времязадающей цепи достигает U_вкл за время, обеспечивающее безопасность сварочных работ. 4 ил.

ЗП Т

Uc иЫ

W

° tg

фие.2

УПР2 lyapt

LL

1клг

фие.З

tK

фиеЛ