Пусковое устройство ограничителя холостого хода сварочного трансформатора Советский патент 1991 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к электродуговой сварке, в частности к устройствам ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности, быстродействия и надежности устройства.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок- схема устройства, вариант; на фиг. 3 - эпюры сигналов, действующих в схеме устройства; на фиг. 4 - блок-схема ограничителя холостого хода.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов дежурного напряжения, связанный с первичной обмоткой сварочного трансформатора 2, трансформатор 3 напряжения, первичная обмотка которого включена параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора, а вторичная подключена к первому входу блока 4 контроля длительности импульсов дежурного напряжения. Второй вход блока 4 соединен с выходом генератора 5 счетных импульсов, а выход - с входом сброса первого счетчика 6 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 5 счетных импульсов, а выход - с входом первой схемы 7 совпадения, выход которого является выходом устройства.

Генератор 1 импульсов дежурного напряжения может быть выполнен аналогично прототипу, т. е. конденсатор и коммутирующий элемент в виде тиристора вклюоэ

О

го

со со

чены параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора, причем конденсатор подключен к зажимам сети через диод.

Генератор 1 импульсов дежурного напряжения (фиг. 2) содержит конденсатор 8 и коммутирующий элемент 9 из двух встречно-параллельных тиристоров, включенных по следовательно в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора 2, и узел 10 фазового управления тиристорами, вход которого связан с зажимами сети, а выходы - с управляющими электродами тиристоров. Блок 4 контроля длительности импульсов дежурного напряжения содержит двухполу- периодный выпрямитель 11, подключенный входом к вторичной обмотке трансформа- тора 3 напряжения, а выходом - к первому входу компаратора 12 напряжения, второй вход которого подключен к источнику 13 опорного напряжения, а выход - к входу сброса второго счетчика 14 импульсов, счетный вход которого подключен к выходу генератора 5 счетных импульсов, а выход - к входу второй схемы 15 совпадения, выход которой соединен с входом сброса первого счетчика 6 импульсов.

Назначение блока 4 контроля длительности импульса, дежурного напряжения состоит в измерении длительности импульса, сравнении ее с наперед заданной величиной, определяющей порог чувствительности устройства, и выдаче импульса сброса первого счетчика 6, служащего совместно с первой схемой 7 совпадения для контроля наличия импульсов на выходе блока 4.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания и разомкнутой сварочной цепи, на сварочный трансформатор 2 (фиг. 1) подаются импульсы дежурного напряжения от генератора 1. Те же импульсы через трансформатор 3 напряжения поступают на вход блока 4 контроля длительности импульса дежурного напряжения. Если длительность этого импульса больше наперед заданного значения-уставки чувствительности устройства, то каждому импульсу дежурного напряжения соответствует импульс сброса на выходе блока 4, поступающий на вход сброса первого счетчика 6 импульсов, который заполняется счетными импульсами от генератора 5. При этом число в первом счетчике 6 сбрасывается на нуль, не достигая заданной величины, записанной в первой схеме 7 совпадения, и пусковой сигнал на выходе последней не вырабатывается.

При замыкании сварочной цепи на сопротивление, меньшее уставки чувствитель- но ти устройства, например менее 300 Ом, импульсы сброса на выходе блока 4 не вырабатываются. Когда возрастающее число в счетчике 6 достигнет величины, записан

0

Q

5 g 0

5

0

ной в первой схеме 7 совпадения, на ее вых-оде вырабатывается пусковой сигнал в виде импульса напряжения.

Если генератор 1 импульсов дежурного напряжения выполнен однополупериод- ным, как в прототипе, то в один из полупериодов конденсатор генератора заряжается от сети через диод, а в другой - разряжается через коммутирующий элемент на первичную обмотку сварочного трансформатора 2. Импульсы дежурного напряжения следуют с частотой питающей сети, с той же частотой следуют и импульсы сброса на выходе блока 4. Число, записанное в первой 7 совпадения, при этом должно быть больше числа импульсов, вырабатываемых генератором 5 за один период напряжения питающей сети, а максимально возможная задержка включения сварочного трансформатора на полное напряжение, считая от момента замыкания сварочной цепи, равна примерно одному периоду (среднестатистическая - один полупериод, т. е. 10 мс при частоте сети 50 Гц).

Для уменьшения задержки включения формируются импульсы дежурного напряжения с двойной частотой сети, благодаря чему максимально возможная задержка уменьшается до полупериода (10 мс), а среднестатистическая до четверти периода (5 мс). Это достигается применением двух- полупериодной схемы генератора 1. Конденсатор 8 (фиг. 2) перезаряжается каждый полупериод напряжения сети через один из тиристоров коммутирующего элемента 9 и первичную обмотку сварочного трансформатора 2. Момент замыкания коммутирующего элемента (угол запаздывания отпирания тиристора) определяется узлом 10 фазового управления. Момент замыкания коммутирующего элемента (угол запаздывания отпирания тиристора) фазового управления определяется узлом 10. Изменяя угол запаздывания, можно регулировать амплитуду импульса дежурного напряжения. Импульсы дежурного напряжения имеют полярность, соответствующую полярности напряжения сети в момент формирования данного импульса, поэтому в блок 4 введен двухпо- лупериодный выпрямитель 11.

Работа устройства с однополупериодным генератором импульсов дежурного напряжения иллюстрируется эпюрами сигналов на фиг. 3. Импульсы дежурного напряжения на вторичной обмотке трансформатора 3 напряжения имеют остроконечную форму с крутым передним фронтом и близким к экспоненте задним фронтом, а их амплитуда практически не зависит от длительности. При уменьшении сопротивления нагрузки сварочной цепи уменьшается длительность заднего фронта импульса. Контрольным параметром является длительность импульса, измеренная на заданном уровне, например 30-70% от амплитудного значения (1/з фиг. 3). Эти импульсы сравниваются на входе компаратора 12 напряжения с напряжением блока 13 опорного напряной обмотке сварочного трансформатора 2 присутствуют импульсы дежурного напряжения. Импульсы следуют с большой скважностью (период следования при промышленной

жения. Когда , напряжение 5 частоте равен 10 мс, а длительность им- на выходе компаратора 12 напряжения при-пульса на уровне 50% от амплитуды соснимает значение логического 0, снимая

10

значение логического

сигнал сброса с второго счетчика 14 импульсов, который начинает заполняться импульсами от генератора 5 счетных импульсов. Когда число NU в счетчике 14 достигает числа , записанного во второй схеме 15 совпадения, на ее выходе формируется импульс i/i5, сбрасывающий на нуль первый счетчик 6. Однако, если сварочная цепь замкнута на сопротивление, меньшее -jg уставки чувствительности, например менее 300 Ом, длительность импульса дежурного напряжения уменьшается настолько, что второй счетчик 14 импульсов сбрасывается на нуль, прежде чем число Л и достигает

тавляет в зависимости от сопротивления нагрузки, 0,05-0,4 мс в опытном образце устройства). Сигнал на входе компаратора .12 представляет собой логическую 1. которая держит второй счетчик 14 импульсов в состоянии сброса большую часть периода, пока импульсы отсутствуют или напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения L/з меньше порогового значения .

Малую часть периода, когда (т. е. в указанные 0.05-0,4 мс) выходной сигнал компаратора 12 принимает значение логического 0, разрешая работу счетчика 14 импульсов. Если сварочная цепь разорвеличины jVis, импульс С/15 не сформирует- 20 вана, то длительность импульса дежурного напряжения относитетьно велика (0,4мс), счетчик 14 импульсов успевает досчитать до числа Л is (для чего требуется 0,27 мс) и пусковой сигнал не вырабатывается. Имвыдает при этом пусковой сигнал L/T. 25 пульсы на выходе первой схемы совпася и первый счетчик 6 будет продолжать счет до тех пор, пока число А в в нем не достигнет числа NT, записанного в первой схеме 7 совпадения, которая

Момент времени t на фиг. 3 соответствует началу последнего, перед замыканием сварочной цепи, импульса дежурного напряжения, а момент /2 - формированию последнего импульса сброса; /з - окончадения отсутствуют. Ток в цепи первичной обмотки трансформатора 18 тока равен нулю, на выходах компаратора 19 тока и элементах ИЛИ 21 - логический 0. Число в счетчике 24 импульсов равно ЧИСЛУ,

нию последнего, перед замыканием свароч- 30 записанному в схеме 25 совпадения, на выхоной цепи, импульса дежурного напряжения. В момент /4 происходит замыкание сварочной цепи, моменты /5 и tf, соответствуют началу и концу суженного импульса дежурного напряжения, а момент t7 - формированию пускового сигнала.

Импульсы t/з будут разнополярными, а импульсы U на выходе двухполупериод- ного выпрямителя 11 - однополярными, следующими с двойной частотой сети. Число NT, записанное в первой схеме 7 совпадения, может быть в этом случае выбрано вдвое меньшим, что увеличивает быстродействие устройства в два раза.

В качестве примера на фиг. 4 приведена блок-схема ограничителя холостого хода

дах элементов НЕ 23 и И 22 -- логический 0, отпирающие импульсы на тиристоры силового коммутатора 16 не подаются. При замыкании сварочной цепи на сопротивление менее 300 Ом длительность им- 35 пульса уменьшается (менее 0,27 мс) и второй счетчик 14 сбрасывается на нуль, не успев досчитать до числа А ,5, что разрешает формирование пускового сигнала (все числовые данные относятся к опытному образцу). На выходе первой схемы 7 совпадения появляется пусковой сигнал в виде импульса, который через элемент ИЛИ 21 сбрасывает счетчик 25 импхльсов на . При этом на выходах схемы 25 совпадения появляется логический сигнал 0, на

40

сварочного трансформатора с использовани-45 выходе элемента НЕ 23 - логическая

ем предлагаемого устройства. Кроме пуско-а на выходе элемента И 22 - счетные

вого устройства (элементы 1 -15), ограни-импульсы, заполняющие счетчик 24. Логичитель содержит силовой коммутирующийческая 1 на выходе элемента НЕ 23 разреэлемент 16 с генератором 17 отпирающихшает работу генератора 17 отпирающих имимпульсов, трансформатор 18 тока, вклю-пульсов и тиристоры силового коммутируюченный последовательно с элементом 16 в50 щего элемента 16 открываются, подключая

цепь первичной обмотки сварочного транс-сварочный трансформатор 2 к сети. Генеформатора 2, компаратор 19 тока, источник 20 опорного напряжения, логические элементы ИЛИ 21, И 22, НЕ 23, счетчик 24 импульсов и схему 25 совпадения.

ратор 1 импульсов дежурного напряжения при этом отключается, так как цепь из последовательно соединенных конденсатора 8 и коммутирующего элемента 9 замкнута

- - - -,, СJTJ - --- -.- . - . .-.

Ограничитель холостого хода работаетнакоротко силовым коммутирующим элеменследующим образом.

При разомкнутой цепи силовой коммутирующий элемент 16 разомкнут и на вторичтом 16.

При сварке мгновенное значение напряжения на вторичной обмотке трансформаной обмотке сварочного трансформатора 2 присутствуют импульсы дежурного напряжения. Импульсы следуют с большой скважностью (период следования при промышленной

частоте равен 10 мс, а длительность им- пульса на уровне 50% от амплитуды сос

тавляет в зависимости от сопротивления нагрузки, 0,05-0,4 мс в опытном образце устройства). Сигнал на входе компаратора .12 представляет собой логическую 1. которая держит второй счетчик 14 импульсов в состоянии сброса большую часть периода, пока импульсы отсутствуют или напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения L/з меньше порогового значения .

Малую часть периода, когда (т. е. в указанные 0.05-0,4 мс) выходной сигнал компаратора 12 принимает значение логического 0, разрешая работу счетчика 14 импульсов. Если сварочная цепь разорпульсы на выходе первой схемы совпадения отсутствуют. Ток в цепи первичной обмотки трансформатора 18 тока равен нулю, на выходах компаратора 19 тока и элементах ИЛИ 21 - логический 0. Число в счетчике 24 импульсов равно ЧИСЛУ,

записанному в схеме 25 совпадения, на выходах элементов НЕ 23 и И 22 -- логический 0, отпирающие импульсы на тиристоры силового коммутатора 16 не подаются. При замыкании сварочной цепи на сопротивление менее 300 Ом длительность им- пульса уменьшается (менее 0,27 мс) и второй счетчик 14 сбрасывается на нуль, не успев досчитать до числа А ,5, что разрешает формирование пускового сигнала (все числовые данные относятся к опытному образцу). На выходе первой схемы 7 совпадения появляется пусковой сигнал в виде импульса, который через элемент ИЛИ 21 сбрасывает счетчик 25 импхльсов на . При этом на выходах схемы 25 совпадения появляется логический сигнал 0, на

ратор 1 импульсов дежурного напряжения при этом отключается, так как цепь из последовательно соединенных конденсатора 8 и коммутирующего элемента 9 замкнута

JTJ - --- -.- . - . .-.

накоротко силовым коммутирующим элементом 16.

При сварке мгновенное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора 18 тока (нагрузочный резистор на схеме не показан) каждый период превышает опорное напряжение источника 20 и на выходах компаратора 19 тока и логического элемента ИЛИ 21 появляется сигнал Логической 1, сбрасывающий счетчик 24 импульсов на нуль. Число в счетчике 24 при этом не успевает достигнуть значения, записанного в схеме 25 совпадения, и на выходе логического элемента НЕ 23 присутствуствует улучшению зажигания дуги и повышению производительности труда сварщика. Устройство не требует подключения к сварочной цепи, так как оно включается меж- 5 ду зажимами питающей сети и кабелем питания сварочного трансформатора и может быть установлено в силовом распределительном шкафу в месте подключения последнего. Это улучшает надежность его работы. Надежность и быстродействие устловой коммутирующий элемент 16 в открытом состоянии.

ет логическая 1, разрешающая работу гене- 10 ройства повышаются также благодаря npi- ратора 17 импульсов, поддерживающего си- менению интегральных цифровых и логических микросхем с малым потреблением энергии и тепловыделением Изменение условий окружающей среды практически не влиПри размыкании сварочной цепи ток в Яет на технические характеристики устрой- первичной обмотке трансформатора 18 тока уменьшается до величины тока холостого хода сварочного трансформатора 2, напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока становится меньше опорного напряжения источника 20, на выходе компа- 20 ным диапазоном измерения, ратора 19 тока и логического элемента ИЛИ 21 устанавливается логический 0. Счетчик 24 заполняется до числа, записанного в схеме 25 совпадения, после чего

ства и его надежность благодаря цифровому представлению информации. Устройство полностью построено на серийных элементах и не требует применения трансформатора тока специального исполнения с расширенКроме того, предлагаемое устройство универсально и может быть использовано со сварочным трансформатором любого типа.

на выходе логических элементов НЕ 23 и И 22Для этого следует лишь установить необпоявляется логический 0. Генератор 17 отпирающих импульсов выключается, а силовой коммутирующий элемент 16 размыкается, ограничитель холостого хода переходит в дежурный режим

ходимую амплитуду импульса дежурного напряжения и порог срабатывания компаратора тока (в зависимости от тока холостого хода данного типа сварочного трансформатора), а также чувствительность в режиПо сравнению с прототипом использо- зо ме замыкания сварочной цепи на калиброванное сопротивление.

Формула изобретения 1. Пусковое устройство ограничителя хование длительности импульса дежурного напряжения в качестве контролируемого параметра позволяет обеспечить высокую чувствительность предлагаемого пускового устройства, обеспечивая надежное включение его

при сопротивлении сварочной цепи 300 Ом -jg лостого хода сварочного трансформатора, и менее и запрет на включение при сопро-содержащее генератор импульсов дежурного

тивлении выше 500 Ом. Высокая чувстви-напряжения, связанный с первичной обмоттельность устройства, наряду со значитель-Кой сварочного трансформатора, и измериной амплитудой импульса дежурного напря-тельный трансформатор, причем генератор

жения на вторичной обмотке сварочного импульсов включает последовательно соеди- трансформатора, способствует улучшению ус- 40 ненные конденсатор и коммутирующий эле- ловий зажигания дуги. Высокая чувствитель-мент со схемой управления, отличающееся

тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействия и надежности, оно снабжено блоком контроля длительности им- устройства легко регулируется изменением пульса дежурного напряжения, генератором числа, записанного в схеме совпадения счетных импульсов, первым счетчиком импульсов и первой схемой совпадения, причем первый вход блока контроля длительности импульса дежурного напряжения связан с вторичной обмоткой измерительного в частности, от колебаний напряжения пи- 50 трансформатора, выполненного в виде транс- тающей сети.форматора напряжения, первичная обмотка

Таким образом, предлагаемое устройст- которого подключена параллельно первичной во обладает повышенным быстродействием, обмотке сварочного трансформатора, второй поскольку максимальное запаздывание появ- вход блока соединен с генератором счет- ления пускового сигнала по отношению к ныч импульсов, а выход - с входом сбро- моменту замыкания сварочной цепи не пре- 55 са первого счетчика импульсов, счетный вышает периода следования импульсов де- вход которого связан с генератором счетных журного напряжения, составляющего 20 или импульсов, а выход - с входом первой 10 мс. Быстродействие устройства способ- схемы совпадения, выход которой соединен

ность устройства способствует также повышению электробезопасности, например, при смене электродов. Уставка чувствительности

(грубо), и величиной опорного напряжения на входе компаратора напряжения (плавно). Чувствительность устройства практически не зависит от амплитуды импульсов и,

ствует улучшению зажигания дуги и повышению производительности труда сварщика. Устройство не требует подключения к сварочной цепи, так как оно включается меж- ду зажимами питающей сети и кабелем питания сварочного трансформатора и может быть установлено в силовом распределительном шкафу в месте подключения последнего. Это улучшает надежность его работы. Надежность и быстродействие устройства повышаются также благодаря npi- менению интегральных цифровых и логических микросхем с малым потреблением энергии и тепловыделением Изменение условий окружающей среды практически не влиЯет на технические характеристики устрой- ным диапазоном измерения,

ства и его надежность благодаря цифровому представлению информации. Устройство полностью построено на серийных элементах и не требует применения трансформатора тока специального исполнения с расширенет на технические характеристики устрой- ым диапазоном измерения,

Кроме того, предлагаемое устройство универсально и может быть использовано со сварочным трансформатором любого типа.

Для этого следует лишь установить необходимую амплитуду импульса дежурного напряжения и порог срабатывания компаратора тока (в зависимости от тока холостого хода данного типа сварочного трансформатора), а также чувствительность в режи ме замыкания сварочной цепи на калиброванное сопротивление.

Формула изобретения 1. Пусковое устройство ограничителя хотого хода сварочного трансформатора, ержащее генератор импульсов дежурного

с пусковым входом ограничителя холостого хода.

2. Устройство по п. , отличающееся тем, что блок контроля длительности импульса дежурного напряжения содержит компаратор, второй счетчик импульсов, вторую схему совпадения и источник опорного напряжения, причем первый вход блока связан с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора соединен с входом сброса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с вторым входом блока, а выход через

вторую схему совпадения - с выходом блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конденсатор и коммутирующий элемент генератора импульсов дежурного напряжения включены последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора, при этом коммутатор выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров с узлом фазового управления, а блок контроля длительности импульса дежурного напряжения содержит двухполупе- риодный выпрямитель, включенный между первым входом блока и первым входом компаратора.

Изобретение относится к электродуговой сварке и может быть использовано в устройствах ограничения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов. Целью изобретения является повышение чувствительности, быстродействия и надежности а также электробезопасности и удобства эксплуатации устройства. Устройство содержит генератор импульсов дежурного напряжения, связанный с первичной обмоткой сварочного трансформатора, измерительный трансформатор и коммутирующий элемент со схемой управления. Дополнительно введены блок контроля длительности импуль- сов напряжения, генератор счетных импульсов, первый счетчик импульсов, первая схема совпадения. Блок контроля длитеть- ности импульсов дежурного напряжения содержит компаратор, второй счетчик импульсов, вторую схему совпадения и источник опорного напряжения. Конденсатор и коммутирующий элемент генератора импульсов ic- журного напряжения включены последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора. При разомкнутой цепи силовой коммутирующий элемент разомкнут и на вторичной обмотке сварочного трансформатора присутствуют импульсы дежурного напряжения. При замыкании дугового промежутка схема управления дает команду на замыкание коммутирующего элемента, что позволяет повысить электробезопасность сварочных работ. 3 з п. ф-лы, 4 ил. ю (Л

Сеть

КсЬароииой

Фиг. 7

фиг. 1

фигЗ

7

ФигЛ