Инверторный сварочный источник питания Советский патент 1991 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током.

Целью изобретения является повышение КПД сварочного источника за счет повы- шения коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обеспечения автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода.

На фиг. 1 изображена структурная схема инверторного сварочного источника питания; на фиг.2 - временная диаграмма тока в

колебательной цепи инвертора и диаграммы напряжений на элементах схемы управления узлов транзисторных коммутаторов, причем на диаграммах первые два колебательных цикла работы инвертора соответствуют работе сварочного источника в режиме сварки, а последующие два - в режиме хЪлостого хода

Инверторный сварочный источник питания содержит выпрямитель 1 напряжения промышленной сети (см. фиг.1), к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состоящий из двух последовательно включенных конденсаторов 2 и 3, и полумостовой тиристорный последовательо

00 VJ 00

ю сл

го

ный резонансный инвертор 4 с обратными диодами, состоящий из тиристоров 5, 6, обратных диодов 7, 8 и последовательного коммутирующего колебательного контура 9. Один конец последовательного коммутирующего колебательного контура соединен с общей точкой тиристоров 5 и 6 инвертора 4, а другой - с общей точкой первичной и дополнительной обмоток трансформатора 10, включенных между собой последовательно в согласном направлении. Причем второй конец первичной обмотки трансформатора 10 подключен к общей точке конденсатора 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 напряжения промышленной сети.

Вторичная обмотка трансформатора 10, выполненная с выводом от средней точки и двумя симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, через двухполупериодный выпрямитель 13 сварочного тока подключена к батарее конденсаторов 14 и через реактор 15 - к нагрузке 16. При этом выход выпрямителя напряжения промышленной сети соединен с входом обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17, а выходы последнего подключены к соответствующим управляющим электродам тиристоров 5 и 6 инвертора 4, к входам схемы ИЛИ 18 и соответственно к S и R-входам RS-триггера 19, Q и Q-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам схем И 20 и 21. Выход схемы ИЛИ 18 через формирователь 22 задержанного импульса подключен к вторым входам схем И 20 и 21, к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока 23. Последнее подключено между общей точкой тиристоров 5, 6 и общей точкой обратных диодов 7, 8 инвертора 4.

Выходы схем И 20 и 21 через свои формирователи импульсов 24 и 25 соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27, выход каждого из которых подключен между общей точкой диодов выпрямителя 13 сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора 10.

На диаграмме 28 (см. фиг.2) представлено изменение тока первичной обмотки трансформатора 10, на диаграммах 29, 30 и 31 - напряжения на выходах схемы ИЛИ 18, формирователя 22 задержанного импульса и электронного реле тока 23 соответственно, на диаграммах 32 и 33 - соответственно

напряжения на выходах формирователей импульсов 24 и 25.

Инверторный сварочный источник питания работает следующим образом.

При подключении источника питания к

сети и поочередной подачи коротких управляющих импульсов с блока управления инвертором 17 на тиристоры 5 и 6 инвертора 4 по первичной обмотке трансформатора 10

потечет 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 намного больше емкости конденсатора коммутирующего колебательного контура 9, то колебательный процесс практически определяется только параметрами колебательного контура.

Следовательно, собственная резонансная частота колебательной цепи f0 I/T0 и ее добротность постоянны. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки

с постоянной паузой ti между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). Величина паузы ti определяется частотой следования управляющих импульсов блока

управления инвертором 17, заданной внутренним генератором последнего (на чертеже 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 это дуговой промежуток ионизирован, например осциллятором

(на чертеже не показан), то дуга зажигается и по цепи нагрузки, через реактор-ограничитель тока 15 протекает ток сварки, вследствие чего дальнейший заряд конденсаторной батареи 14 прекращается, а напряжение на ней определяется падением напряжения на дуговом промежутке нагрузки 16.

В режиме сварки амплитуда суммарно- го напряжения на первичной 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 за- пертыми и в работе не участвуют, при этом установившийся средний ток сварки практически стабилен, мало зависит от величины напряжения на дуге нагрузки 16 и определяется лишь величиной паузы п между коле- бательными циклами инвертора (фиг.2) и

напряжением на выходе выпрямителя напряжения промышленной сети 1 (фиг.1).

В процессе работы короткие управляющие импульсы с блока управления инвертором 17 поочередно поступают также на S и R-входы RS-триггера 19 и на входы схемы ИЛИ 18. Под воздействием указанных импульсов RS-триггер 19 каждый раз перебрасывается, разрешая тем самым прохождение сигналов через схемы И 20 или 21. Одновременно при прохождении управляющих импульсов через схему ИЛИ 18 формирователем задержанного импульса

22они задерживаются на время т.2, несколько большее, чем половина периода собственной резонансной частоты колебательной цепи инвертора 4 ta То/2.

Однако через схемы И 20 и 21 задержанные импульсы не проходят, так как при каждом прохождении тока обратной полуволны коммутирующего колебательного контура 9 через обратные диоды 7 и 8 инвертора 4 на инверсном выходе электронного реле тока

23появляется сигнал О (фиг.2), поступаю; щий на третьи входы схем И 20 и 21.

Следовательно, в процессе сварки формирователи импульсов 24 и 25 не срабатывают, в связи с чем узлы транзисторных коммутаторов 26 и 27 в работе не участвуют.

Если при включении источника питания сварочная дуга на нагрузке 16 не зажигается или в процессе сварки она оборвалась, то процесс заряда батарей конденсаторов 14 продолжается, и в момент, когда напряжение заряда на ней становится несколько больше, чем напряжение горения дуги, максимальное напряжение на конденсаторе коммутирующего колебательного контура 9 становится меньше того уровня, при котором обратные диоды 7 или 8 инвертора 4 еще включаются и происходит коммутация тиристоров 5 и 6.

Начиная с этого момента, непосредственно после тиристорной полуволны тока коммутирующего колебательного контура 9, например тиристора 5, электронное реле тока 23 больше не срабатывает и на его выходе присутствует сигнал Г (см. фиг.2, вследствие чего задержанный импульс с диода формирователя задержанного импульса 22 в зависимости от состояния RS-триггера 19 проходит через схему И 20 на вход формирователя импульсов 24. Последний на своем выходе формирует прямо- угольный импульс длительностью достаточной для восстановления запирающих свойств тиристора 5 инвертора 4. Этот импульс, усиливаясь в узле транзисторного коммутатора 26, открывает в составе последнего силовой выходной транзисторный ключ (на чертеже не показан), под действием которого напряжение заряда батареи конденсаторов 14 прикладывается между 5 средней точкой вторичной обмотки трансформатора 10 и его соответствующей отпайкой, расположение которой на вторичной обмотке рассчитано с учетом компенсации суммарного падения напряжения на диоде

10 выпрямителя напряжения сварочного тока 13 в прямом направлении и на открытом выходном транзисторном ключе узла транзисторного коммутатора 26.

Суммарное напряжение на первичной

5 обмотке трансформатора 10 и на ко денса- торе коммутирующего колебательного контура 9 становится больше, чем напряжение на каждом из конденсаторов 2 и 3, благодаря чему обратнынй диод 7 начинаетпро0 пускать ток и в течение импульса, выработанного формирователем импульсов 24, происходит коммутация тиристора 5. Далее при последующем отпирании тиристора 6 инвертора 4 процессы в схеме повторяются

5 в той же последовательности как и ранее, с той лишь разницей, что в работе теперь участвует схемы И 21, формирователь импульсов 25 и узел транзисторного коммутатора 27. Таким образом, происходит дальней0 ший заряд батареи конденсаторов 14 до напряжения холостого хода, при котором суммарное напряжение на первичной и дополнительной обмотках трансформатора 10 становится больше, чем напряжение на каж5 дом из конденсаторов 2 и 3, благодаря чему в зависимости от изменяющейся полярности этого напряжения обратные диоды 11 и 12 поочередно пропускают ток рекуперации, возвращая всю энергию, потребляе0 мую инвертором 4 (за исключением энергии потерь в паразитных сопротивлениях схемы), в конденсаторы 2 и 3. При зажигании дуги на нагрузке 16 в этом режиме напряжение на батарее конденсаторов 14 падает до

5 уровня напряжения дуги, ток рекуперации обратных диодов 11 и 12 падает до нуля, при срабатывании электронного реле тока 23 прекращается работа узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27 и источник питания с

0 режима холостого хода автоматически переходит в режим сварки.

При колебаниях напряжения питающей сети пропорционально повышается или по- 5 нижается напряжение на входе обратной связи по напряжению блока управления инвертором 17, в зависимости от чего соответственно понижается или повышается частота управляющих импульсов на выходе последнего, что увеличивает или уменьшает

время паузы (фиг.2) между соседними колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9, поддерживая тем самым, постоянным среднее значение тока сварки.

Предлагаемый источник питания при стабильном установленном токе сварки, не зависящем от параметров нагрузки, практически полной симметричной загрузке силовых элементов схемы и высокой надежности работы отличается повышенным КПД за счет способности работы при более высоком коэффициенте трансформации понижающего трансформатора инвертора, что при заданном токе сварки уменьшает потребляемую от первичного источника питания мощность. Это обстоятельство позволяет использовать в цепях сетевого выпрямителя и инвертора силовые полупроводниковые элементы с более низкой нагрузочной способностью по току, а также уменьшить емкость элементов конденсаторного оборудования, что улучшает массогабаритные показатели сварочного источника и снижает его себестоимость. С другой стороны, улучшается устойчивость работы инвертора а переходных режимах работы, в которых автоматически контролируется и при необходимости осуществляется процесс коммутации тиристоров инвертора.

Формула изобретения Инверторный сварочный источник питания по авт.св. fsfe 1530367. отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД. он 5 дополнительно снабжен электронным реле тока, двумя узлами транзисторных коммутаторов, RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двумя схемами И и двумя формирователями им0 пульсов, причем вторичная обмотка трансформатора выполнена с двумя, симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, выходы блока управления инвертором дополнительно

5 подключены к входам схемы ИЛИ и к S и R-входам RS-триггера, Q и Q-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам первой и второй схемы И, причем выход схемы ИЛИ через формирователь за0 держанного импульса подключен к вторым входам схем И, и к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока, подключенного между общей точкой тиристоров и общей точкой обратных ди5 одов инвертора, при этом выходы первой и второй схемы И через свои формирователи импульсов соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов, выход каждого из которых подключен между

0 общей точкой диодов выпрямителя сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора.

33

Изобретение относится к статическим преобразователям электрической энергии может быть использовано для электродуговой сварки постоянным током Целью изобретения является повышение КПД сварочного источника. Источник содержит выпрямитель напряжения промышленной сети, к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состоящий из двух последовательно включенных конденсаторов, и полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор с обратными диодами. Источник дополнительно снабжен электронным реле тока, двумя узлами транзисторных коммутаторов RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двумя схемами двумя формирователями импульсов. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с постоянной паузой между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура. Изобретение позволяет повысить КПД источника питания за счет повышения коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обесточения автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода. 2 ил. сл

Фаг. 2