Выпрямитель для машин контактной сварки Советский патент 1990 года по МПК B23K11/24 

Изобретение относится к сварке и мот жет быть использовано в гибких автоматизированных электросварочных комплексах для сварки изделий из материалов с малым удел ьным сопротивлением.

Целью изобретения является повышение надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений токов через управляемые вентили ключевых элементов.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого выпрямителя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит входной выпрямитель 1, подключенный выходными клеммами к питающей сети переменного тока, четырехмазный трансформатор 2, на каждом активном стержне которого размещены по три секции 3-5 первичных обмоток и по одной вторичной обмотке 6. Каждая фаза первичной стороны трансформатора 2 подключена к второму выводу ключевого элемента 7 и состоит из трех последовательно соединенных секций 3-5 первичных обмоON О О

ю

оо

ток, размещенных на трех активных стержнях магнитопровода, первые выводы ключевых элементов 7 и выводы третьих секций 5 каждых двух фаз попарно объединены, причем первые выводы первого и вто- рого ключевого элемента подключены к положительному выводу входного выпрямителя 1, а объединенные выводы третьих секций 5 двух других фаз подключены к отрицательному выводу входного выпрями- теля 1. Одни концы вторичных обмоток 6 объединены, образуют точку общего пЪтен- циала и соединены с первым входным выводом сварочного контура 8, а другие - друг с другом через неуправляемые вентили 9 и с вторым входным выводом сварочного контура 8. Выходы системы 10 управления соединены соответственно с включающими и отключающими входами ключевых элементов 7. Первый вывод первого коммутирую- щего конденсатора 11 соединен с положительным выводом входного выпря- , мителя 1, второй вывод первого коммутирующего конденсатора 11 соединен с первым выводом второго коммутирующего конден- сатора 11, а его второй вывод - с отрицательным выводом входного выпрямителя 1. Объединенные выводы третьих секций 5 двух фаз, подключенных к положительному выводу входного выпрямителя 1, и объеди- ненные первые выводы двух ключевых элементов 7 двух других фаз соединены с вторым выводом первого коммутирующего конденсатора 11,

Система 10 управления устройства ср- держит, например, задающий генератор (ЗГ) 12, распределитель импульсов (РИ) 13, задатчик длительности сварочного импульса (ЗИ) 14, измеритель тока (ИТ) 15, генератор опорного напряжения (ГН) 16, ре- генеративный узел сравнения (РУС) 17, логический элемент И 18. Выход ЗГ 12 соединен с входом ЗИ 14 и с перв.ым входом РИ 13. Выход ЗИ 14 соединен с первым входом логического элемента И 18 и с вто- рым входом ИТ 15, первый вход которого соединен с выходным контуром входного выпрямителя 1. Выходы ИТ 15 и ГН 16 соединены соответственно с первым и вторым выходами РУС 17, выход которого соединен со вторым входом логического элемента И 18. а его выход соединен с вторым входом РИ 13. Первый и второй выходы РИ 13 являются соответственно включающим и отключающим выходами системы 10 управления.

На фиг.2 приведены диаграммы мгновенных значений напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 при искусственной коммутации первичных фазных токов (диаграмма 19) и без искусственной коммутации (диагоамма 20), токов в силовых управляемых вентилях ключевых элементов 7 при искусственной коммутации первичных фазных токов (диаграмма 21) и без искусственной коммутации (диаграмма 22), токов в фазах первичной стороны трансформатора 2 (диаграмма 23) для режимов работы устройства, близких к режиму холостого хода: диаграммы мгновенных значений напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 (диаграмма 24), токов в силовых управляемых вентилях ключевых элементов 7 (диаграмма 25), токов в фазах первичной стороны трансформатора 2 (диаграмма 26) для режимов работы устройства, близких к режиму короткого замыкания. На фиг.З приведены диаграммы мгновенных значений токов в неуправляемых вентилях 9 (диаграмма 27), индукций в активных стержнях магнитопровода при искусственной коммутации первичных фазных токов (диаграмма 28), индукций в активных стержнях магнитопровода без искусственной коммутации (диаграмма 29) для режимов работы устройства, близких к режиму холостого хода: диаграммы мгновенных значений,токов в неуправляемых вентилях 9 (диаграмма 30), индукций в активных стержнях магнитопровода (диаграмма 31) для режимов работы устройства, близких к режиму короткого замыкания. На диаграммах отмечены моменты включения и отключения ключевых элементов 7.

Устройство работает следующим образом.

Входной выпрямитель 1 обеспечивает положительное напряжение на первом выводе первого коммутирующего конденсатора 11 и на перв ых выводах ключевых элементов 7, отрицательное напряжение на втором выводе второго коммутирующего конденсатора 11 и на объединенных выводах двух третьих секций 5 первичных обмоток трансформатора 2. Управляющие импульсы на включение ключевых элементов 7 подаются от системы 10 управления поочередно через равные интервалы в 1/4 периода, соответствующего рабочей частоте устройства. В выпрямителе обеспечивается поочередное (через 1/4 периода) подключение коммутирующих конденсаторов 11 к фазе пербичной стороны трансфор- матора 2. При подаче очередного управляющего импульса на включающий вход одного из ключевых элементов 7 он включается, и начинается перезаряд одного из коммутирующих конденсаторов 21 по цепи через ключевой элемент 7 и подключенную к его второму выводу фазу первичной

стороны трансформатора 2 и дозаряд от питающей сети другого коммутирующего конденсатора 11 по цепи через входной выпрямитель 1, ключевой элемент 7 и работающую фазу первичной стороны трансформатора 2.

Отключение ключевого элемента 7 при малых токах нагрузки (режимы, близкие к холостому ходу устройства) осуществляется путем подачи на его отключающий вход управляющего импульса от системы 10 управления. Обеспечивается искусственная коммутация силового управляемого вентиля ключевого элемента 7 (фиг.2. диаграммы 19-23).

Отключение ключевого элемента 7 при номинальных токах (режима, близкие к короткому замыканию устройства) обеспечивается естественным способом за счет спада первичного тока до нулевого значения при перезарядке коммутирующего конденсатора 11 через фазу первичной стороны трансформатора 2 (фиг.2, диаграммы 24-26).

Период колебаний Т в контуре, включающем фазу первичной стороны трансформатора 2 и коммутирующий конденсатор 11, определяется из выражения Т 2 я VLC , где L - приведенная эквивалентная индуктивность элементов устройства; С - емкость коммутирующего конденсатора 11. В режимах, близких к короткому замыканию эквивалентная индуктивность L определяется в основном индуктивностью рассеяния Lp трансформатора 2 и индуктивностью U сварочного контура 8, а в режимах, близких к холостому ходу устройства,- индуктивно-, стью намагничивания U трансформатора 2. При работе устройства в расчетных режимах LH значительно превышает Lp и U, что обуславливает увеличение периода колебаний Т при уменьшении тока в сварочном контуре 8.

Наличие на каждом активном стержне трансформатора 2 трех секций 3-5 первичных обмоток, каждая из которых присоединена к одному из четырех ключевых элементов 7, работающих поочередно 1/4 периода, обеспечивает непрерывное однонаправленное изменение потока в магнито- проводе трансформатора 2 в течении 3/4 периода, которое создает отрицательное напряжение на выводах вторичных обмоток 6, подключенных к катодам неуправляемых вентилей 9. Положительное напряжение на этих выводах существует в течении 1/5 периода, когда происходит восстановление индукции в сердечниках (фиг.З. диаграммы 28, 29, 31). При подключении сварочного контура 8 в нем протекает ток, создаваемый

каждую 1/4 периода тремя одновременно работающими вторичными обмотками 6 трех фаз (фиг.З, диаграммы 27 и 30). Регулировка сварочного тока в номинальном режи- 5 ме осуществляется путем изменения рабочей частоты.

По сравнению с прототипом уменьшение действующих значений токов в силовых управляемых вентилях ключевых элементов 10 устройства обеспечивается за счет использования в номинальных режимах естественной коммутации, когда протекающий в них ток равен току нагрузки.

При работе устройства на повышенной 15 частоте переключения ключевых элементов, порядка 800-1000 Гц, действующие значения токов в силовых управляемых вентилях уменьшается в 1,3-1,5 раза по сравнению с прототипом - выпрямителем, в котором ис- 20 пользуется искусственная коммутация токов во всех режимах. Уменьшение действующих значений токов в силовых полупроводниковых приборах увеличивает надежность работы выпрямителя. Использование искус- 25 ственной коммутации токов в режимах, близких к холостому ходу, позволяет защитить полупроводниковые элементы устройства от бросков тока, связанных с насыщением трансформатора при увеличении периода 30 колебаний Т. Уменьшение действующих токов в силовых управляемых вентилях устройства в 1,3-1,5 раза позволяет повысить КПД выпрямителя на 1-2% и использовать полупроводниковые приборы меньшей 35 мощности, что снижает себестоимость выпрямителя.

Формула изобретения Выпрямитель для машин контактной 40 сварки, содержащий входной выпрямитель, подключенный входными клеммами к питающей сети переменного тока, ключевые элементы, четырехфазный трансформатор, на каждом активном стержне которого разме- 5 щены по три секции первичных обмоток и по одной вторичной обмотке, неуправляемые вентили и систему управления, каждая фаза первичной стороны трансформатора подключена к второму выводу ключевого эле- 0 мента и состоит из трех последовательно соединенных секций первичных обмоток, размещенных на трех активных стержнях магнитопровода, первые выводы ключевых элементов и выводы третьих секций каждых 5 двух фаз объединены попарно, причем первые выводы первого и второго ключевого элемента подключены к положительному выводу входного выпрямителя, к отрица- тельному выводу которого подключены обьединенные выводы третьих секций двух других фаз, первые концы вторичных обмоток соединены непосредственномежду собой, а другие концы - через неуправляемые вентили, выходы системы управления соединены соответственно с включающими и отключающими входами ключевых элементов, о т л и ч.а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений

токов через силовые управляемые вентили ключевых элементов, в него введены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, которые подключены

параллельно входному выпрямителю, общая точка коммутирующих конденсаторов соединена с первыми выводами третьего и четвертого ключевых элементов и объединенными выводами третьих секций двух

других фаз.

и

Изобретение относится к сварке, в частности к выпрямителям для машин контактной сварки, и может быть использовано в гибких автоматизированных электросварочных комплексах. Цель изобретения - повышение надежности работы выпрямителя за счет снижения действующих значений токов через силовые управляемые вентили ключевых элементов. Выпрямитель содержит входной выпрямитель, ключевые элементы, четырехфазный трансформатор, неуправляемые вентили и систему управления. На каждом активном стержне трансформатора размещено по три секции первичных обмоток и по одной вторичной обмотке. Неуправляемые вентили выходного выпрямителя работают поочередно по 3/4 периода. В выпрямитель введены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора. Использование искусственной коммутации токов в режимах, близких к холостому ходу, позволяет защитить полупроводниковые элементы устройства от бросков тока, связанных с насыщением трансформатора. При работе выпрямителя на частотах 800-1000 Гц действующие значения токов в силовых управляемых вентилях уменьшаются, что позволяет повысить КПД и использовать полупроводниковые приборы меньшей мощности. 3 ил.

-u.l

Фиг.З

21

s,.

иг.2

29