Устройство ограничения напряжения холостого хода Советский патент 1992 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов, применяющихся для ручной дуговой сварки.

Известен ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора, который содержит тиристорный коммутатор, включенный в цепь питания сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, RC-цепь для создания выдержки времени, два тиристорных оптрона, резисторы и диод.

Недостатком ограничителя является ненадежность работы, которая обусловлена чувствительностью к температуре. Чувствительным пороговым элементом в схеме является оптрон, параметры которого зависят от температуры. Кроме того, связь чувствительного порогового элемента с выходом трансформатора тока осуществлена через нелинейные элементы (диодный мост), параметры которых также зависят от температуры. Отсутствие в цепи связи RC-цепи с диодным ключевым элементом делает схему плохо защищенной от наводок и помех из-за утечек в сварочной цепи.

Известно устройство для ограничения напряжения хололого хода источника пита sl

ICO |СЛ JCJ

ния сварочной дуги, содержащее тиристор- ный коммутатор в цепи питания сварочного трансформатора, блок управления коммутатором, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, пороговый элемент, элемент выдержки времени, RC-цепь, резисторы и диод. Недостатком устройства является низкая надежность работы, обусловленная отсутствием RC-цепи с диодным ключевым элементом, зависимостью чувствительности от температуры. Из-за отсутствия RC-цепи с диодным ключевым элементом постоянная времени заряда конденсатора интегрирующего элемента меньше постоянной времени разряда, что ведет к явлению накопления последствий. Это явление ведет к тому, что при наличии постоянных наводок или утечек в сварочной цепи напряжение на выходе интегрирующего элемента постепенно возрастает до напряжения срабатывания порогового элемента и удерживает его во включенном состоянии. Происходит ложное срабатывание тиристорного коммутатора, а затем - отключение его с выдержкой времени. Из- за заряда конденсатора связи порогового и интегрирующего элементов схема становится нечувствительной к состоянию сварочной цепи, т.е. возбуждение дуги невозможно. Так как на практике наводки и утечки в сварочной цепи существуют не кратковременно, а длительное время, такое устройство становится практически неработоспособным. Зависимость чувствительности и, соответственно, надежности возбуждения от температуры обусловлено наличием в цепи связи выхода трансформатора тока и порогового элемента диодного ограничителя, параметры которого зависят от температуры.

Известен автомат безопасности сварщика АБС, который содержит защитный и тиристорный коммутаторы, включенные в цепь питания сварочного трансформатора, блоки управления защитным и тиристор- ным коммутаторами, источник оперативного напряжения, связанный со сварочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, два пороговых элемента и RC-цепь для создания выдержки времени.

Недостатком известного автомата является низкая надежность работы, обусловленная зависимостью чувствительности от температуры, влиянием помех и утечек в сварочной цепи на надежность работы (частые ложные отключения), зависимость выдержки времени оттемпературы. инерционность подхвата ею полезного сигнала, что в итоге ухудшает надежность возбуждения дуги. Зависимость чувствительности от температуры обусловлена зависимостью параметров усилителя низкой частоты, включенного в цепь связи выхода трансформатора тока с входом чувствительного порогового элемента и параметров порогового элемента, выполненного на базе триггера Шмитта,

0 -от температуры. Влияние температуры на параметры порогового элемента сказывается также на времени срабатывания элемента выдержки времени на включение. При малых длительностях короткого замыкания

5 сварочной цепи сигнал на входе блока управления тиристорным коммутатором не успевает подхватиться элементом выдержки времени из-за его инерционности. Это ведет к неустойчивости возбужде0 ния дуги. Наличие усилителя низкой частоты, у которого амплитудно-частотная характеристика неравномерна, и отсутствие з цепи связи чувствительного порогового элемента с выходом трансформатора тока

5 RC-цепи с диодным ключевым элементом делает схему автомата чувствительной к помехам и утечкам в сварочной цепи, что ведет к частым ложным отключениям защитного коммутатора. Все указанные факторы дела0 ют работу автомата ненадежной.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при сохранении высокого быстродействия.

На фиг. 1 показана блок-схема устрой5 ства ограничения напряжения холостого хода; на фиг. 2 - график изменения напряжения на входе и выходе второй RC- цепи с диодным ключевым элементом.

Устройство с зстоит из защитного ком0 мутатора 1, тиристорного коммутатора 2; включенных в цепь питания сварочного трансформатора 3, блока 4 управления защитным коммутатором 1, блока 5 управления тиристорным коммутатором 2,

5 источника 6 оперативного напряжения, связанного со сварочным трансформатором 3, блока 7 питания всех узлов и элементов схемы, трансформатора 8 тока в сварочной цепи, пороговых элементов 9 и 10 в виде

0 компараторов, первую RC-цепь 11 для создания выдержки времени, состоящую из резистора 12 и конденсатора 13, вторую RC- цепь 14с диодным ключевым элементом 15, вход которой соединен с выходом транс5 форматора 8 тока, выход - с инверсным входом порогового элемента 9, тиристорных оптронов 16 и 17, к выходу компаратора 9 через резистор 18 подключен анод входа оптрона 16, катод которого связан с анодом диода 19, катод которого связан через резиcrop 20 с выходом второго порогового элемента

-компаратора 10 и с анодом входа второго оптрона 17, катод входа оптрона 17 связан с отрицательной шиной блока 7 питания, к которой подключены катод выхода первого оптрона 16 и конденсатор 13 первой RC-цепи 11, средняя точка этой цепи 11 подключена к входу второго компаратора 10 и через резистор 21 к аноду выхода первого оптрона 16. Выход второго оптрона 17 связан с входом блока 5 управления тиристорным коммутатором 2. Блок 4 связан с выходом трансформатора 8 тока и сварочной цепью. Дополнительно на фиг. 1 обозначены электрод 22 и свариваемая деталь 23, резистор 24 и конденсатор 25 RC-цепи 14.

Устройство работает следующим образом.

Режим дежурного холостого хода. Защитный коммутатор 1 включен. На блок 7 питания подано напряжение. Источник 6 оперативного напряжения создает в сварочной цепи небольшое по величине (менее 12 В) напряжение. Конденсатор 13 зарядится через резистор 12 от блока 7 питания.

Возбуждение дуги. При замыкании электрода 22 с деталью 23 по трансформатору 8 тока протекает ток небольшой величины. На выходе трансформатора 8 тока создается напряжение, которое подается на вход второй RC-цепи 14. На выходе этой цепи 14 появляется напряжение, которое приложено к инверсному входу компаратора 9. Если это напряжение будет по величине больше Uon.1, подаваемого на прямой вход компаратора, то на выходе его появится напряжение, которое приложено к цепи: резистор 18

-вход первого оптрона 16, диод 19, вход второго оптрона 17. Оба оптрона отпираются. Конденсатор 13 разрядится через резистор 21 и тиристор оптрона 16. Одновременно тиристор второго оптрона 17 подает сигнал блоку 5 управления для включения тиристорного коммутатора 2. Последний включается, подавая на сварочный трансформатор 3 полное напряжение сети. В сварочной цепи создаются все условия для возбуждения дуги. При разряде конденсатора 13 на выходе второго коммутатора 10 появится напряжение, которое через резистор 20 будет приложено к входу оптрона 17, удерживая его во включенном состоянии. Резисторы 18 и 20 ограничивают ток через светодиоды (входы) оптронов. В таком состоянии схема находится до окончания сварки.

Холостой ход. При обрыве дуги ток в сварочной цепи исчезает. Одновременно исчезают напряжения на выходе трансформатора 8 тока, затем - на выходах второй

РС-4цепи 14 и компаратора 9. Оптотиристор 16 запирается. Конденсатор 13 начинает заряжаться через резистор 12. Создается выдержка времени на отключение. Как только

напряжение на конденсаторе 13 станет равным опорному напряжению Uon.2- или превысит его, на выходе компаратора 10 напряжение исчезает, что ведет к исчезновению тока через светодиод оптрона 17. Последний запирается. На выходе блока 5 управления исчезает сигнал и тиристорный коммутатор 2 запирается. Система переходит в дежурный режим работы.

Работа схемы при наличии помех. При

большой емкости сварочной цепи или больших утечках через изоляцию на входе RC-цепи 14 создается напряжение длительностью импульса tn большей времени паузы tn. При отсутствии диодного ключевого элемента 15

напряжение на выходе RC-цепи 14 постепенно увеличивается и в момент времени tt оно становится равным Uon.1, что приводит к появлению напряжения на выходе компаратора 9 как в режиме возбуждения дуги.

Так как дуга не возникает, а блок 5 управления включен, то блок 4 управления защитным коммутатором 1 с выдержкой времени 1-1,5 с отключит защитный коммутатор 1. Произойдет ложное отключение. При наличии диодного ключевого элемента 15 постоянная времени заряда конденсатора 25 RC-цепи 14 будет много больше постоянной времени его разряда. Поэтому за время tn конденсатор 25 успевает разряжаться и напряжение на выходе RC-цепи 14 не успевает достичь величины Uon.1.

На графике (фиг, 2) показаны кривые напряжений на входе (кривая 1) и выходе (кривая 2) RC-цепи 14 с диодным ключевым

элементом 15 для различных моментов времени t.

В период времени от t 0 до t ti под действием положительного полупериода входного напряжения происходит заряд

конденсатора 25 до Del, когда UBx ивых. В этом периоде UBx ивых. Из-за большой постоянной времени г напряжение на выходе медленно увеличивается, достигая в момент t ti максимального значения, равного UC1.

В период времени от ti до г напряжение Увых UBX. Происходит разряд конденсатора 25. Так как постоянная времени та Г| , то кривая 2 почти сливается с

кривой 1. В момент времени t t2 Увых О, a UBX 0. В период времени от т,2 до хз напряжение UBX ивых, что означает переразряд конденсатора 25. В момент т,з конденсатор 25 заряжается отрицательным

полупериодом входного напряжения до наибольшего значения, когда UBx иВых. Постоянная времени этого периода равна ti.

В период времени от t3 до 14 напряжение lUexl Швых I, происходит разряд конденсатора 25 с постоянной времени т. В момент времени te UBX - Uef,ix Uc2 разряд конденсатора завершается и 1)Вых 0. Напряжение UBX 0.

В период времени от ts до te происходит заряд конденсатора 25 положительным полупериодом входного напряжения. Постоянная времени заряда равна т- TI. В момент времени te UBX ивых UC2, причем UC2 Uci. Это говорит о том, что с увеличением времени помехоустойчивость устройства увеличивается, так как разность напряжений AU Uon.1 ивых на входах компаратора 9 увеличивается (условие срабатывания схемы Аи Увых Uon.1 0).

Таким образом, наличие отрицательной полуволны входного напряжения приводит к повышению помехоустойчивости схемы. Аналогичное явление возникает при наличии только отрицательных полуволн входного напряжения.

Предлагаемое выполнение цепи связи между трансформатором 8 тока и чувствительным пороговым элементом - компаратором 9 делает схему нечувствительной к изменению температуры. Полный разряд конденсатора 13 RC-цепи 11 после появления полезного сигнала позволяет обеспечить устойчивое возбуждение дуги при кратковременном касании электрода 22 детали 23. Все это позволяет повысить надежность работы устройства и обеспечивает высокую надежность возбуждения дуги и помехоустойчивость.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

Устройство ограничения напряжения холостого хода, содержащее защитный и ти- ристорный коммутаторы, включенные в цепь питания сварочного трансформатора, блоки управления коммутаторами, источник оперативного напряжения, связанный со сваоочным трансформатором, блок питания, трансформатор тока в сварочной цепи, два пороговых элемента первую RC-цепь, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе при сохранении высокого быстродействия, в него введены вторая RC-цепь, два диода, два тиристорных оптоона, три резистора, а пороговые элементы выполнены на компараторах, вторая RC-цепь с включенным параллельно резистору этой цепи первым диодом, включена между выходом трансформатора тока и инвертирующим входом первого компаратора, к выходу которого через первый резистор подключен анод входа первого оптрона, катод которого связан с анодом второго диода, к катоду которого подключены через второй резистор выход второго компгратора и анод входа второго оптрона, первая RC-цепь подключена резистором к положительной, конденсатором к отрицательной шинам блока питания, а средней точкой к прямому входу второго компаратора и через третий резистор - к аноду выхода первого оптрона, катод входа второго оптрона и катод выхода первого оптрона подключены к отрицательной шине блока питания, а выход второго оптрона соединен с входом блока управления тири- сторным коммутатором.

Т

и -и

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов, применяющихся для ручной дуговой сварки. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при сохранении высокого быстродействия. Устройство содержит RC-цепь с диодным ключевым элементом, подключенную к трансформатору тока. Наличие этих элементов обеспечивает снижение помех во всем диапазоне рабочих частот и устраняет прохождение в узлы управления. Выход RC-це- пи подключен к инвертирующему входу компаратора. Выход компаратора соединен с входами двух последовательно соединенных оптронных тиристоров. Вход второго оптронного тиристора, кроме того, связан с выходом второго компаратора. Неинвертирующий вход второго компаратора через вторую RC-цепь связан с выходом первого оптронного тиристора. Применение второй RC-цепи и оптронов обеспечивает повышение надежности работы устройства. 2 ил.

гг

/

4Vom

CZb /5 3V

ir

LJfL

Ј.У 2

гг

Vom

Ох ///0

.71.7У-1

7i/2

i

MI j i 1 u /з i

l- j

L.

/6

U

о±ю

ff

J Cli

20

u

22

1

23

QEID

.У