Способ управления источником сварочного тока Советский патент 1993 года по МПК H02M7/48 

: .; Изобретение относится к элёктр бтёхни- кё и предназначено для управления процессом сварки при дпектрбснабжении дугового

промежутка через трансформаторный источник тока бт однофазного инвертбра и шахтной контактной сети постбянногб тока, включ ая сети с Цйкличкым прерыванием Це- пи наг 5у31 й:- -; . . -. : ., -

; Цель изобретения - повышение надёж%ности. :../.: v --..,- . v; v: ;;;.;.;v- y;-:;/ .;: На .фиг.1 изображена бло к-схема транс-.

форматорного источника сварбиногр тб ка; на фиг.2 - диаграмма тбков и напряжений источника; на фиг.3 - реальная осЦилограм- ма уровней напряжения руДнйчной контактной сети.; ; : -;: .-v . ;

Блок-схема содержит однофазный инвертор 1 с импульсными методами регулирования и искусственной коммутацией

основных тирйсторов , нагруженный сварочным трансформатором 2, в первичной и вторичной цепях которого вкл1рчены датчики тока - соответственно 3 и 4. На входе инвер- тора 1 включен фильтр 5, содержащий кон- денсатор б и соленоид 7. Последний . ограничивает вёлй4й у з р яДнЪУо тб ка кбн- денсатбра 6 и -развитие аварийных токов в элементах инвертора 1. Кроме того, часть соленоида 7 охвачена кбнденсатдрбм 8 чем дбстигается придание фильтру 5 режек- торных свойств на частотах связи. осуЩест- . вляемой по контактному прбвбду. Последнее исключает по:меховоздействие г инвертбра 1, при его работе, на средства высокочастотной связи. От контактной сети инвертор бтделен вентилем 9, контроль напряжения в питающей (контактной) сети, на к ондёнсаторе 6 и на выходе трансформатоVJ

00

О

о

го э

a 2 контролируется датчиками напряжеия, соответственно 10, 11 и 12. При этом атчик 10 реагирует на перерывы напряжеия в контактной сети/например, врзника- ющи е по цепи минуса - в рельсовом пути з-з а нарушения контактов на стыках рель- ов, а также при упомянутых; цикличных прерываниях. Длительность указанных пе- рерывов от 2-3 мс до 1-5 с. Датчик 11 осу- ществляет контроль снижения напряжения. на. конденсатореТэ в упомянутые перерывы;; Контроль ьгапря1кёния на элементе 6 вступа-. ет в логические действие после снижения величины напряжения заряда до уровня,

при котором наступает неустойчивая работа k oft&epfopa 1. .Л-;--:- / -- ./ ...-: : . .- . :у- Датчик 12 осуществляет контроль напряжения в сварочной цепи при отсутствии

ТОК а нагрузки. .; .: .; ;;-.л,;..,.-.:.:. ....... . .. .. ;.. выходные цепи датчиков ТО и 11 включены на вход элемента 13 ИЛИ, выход которого через элемент выдержки времени .14 включена вход системы 15 упрэвления.ин- ёёрт ором 1. В свою очередь система 15 содержит задающий блок 16 к.аналы управления 17 и 18 собУветственно управления коммутирующими и. основными тиристорами инвертора 1.-;.: -, :,..j ... :. ,;. : ;: Выходные цепи датчиков 3 и 4 включе- н;ьг на вход элемента 19 сравнения, выход-, ная цепь которого включена; на;

управляющие цепи каналов управления 17 и 18. Кроме того, выходные цепи датчиков 4 и 12 включены на вход задающего блока 16 системы 15 управления, а его выходные це- пй соотв:етственно включены на входы каналов 17 и 18. , V л; : ;;.,.;. .:-: ;

В свою очередь, инвертор 1 содержит основные 20-23 и коммутирующие 24-27 тиристоры, конденсаторы 28, 29 и соленоиды 30, 31 узлов искусственной коммутации, возвратные вентили 32-35, включенные вбҐречно-пара;л.лёл;ьно основ ным тйристорам. Все тиристоры инвертора охвачены RC-цепями:36-37,38-39, 40-41, 42-43, 444ё, 46-47, и 50-51. ;;;, ,{;.: - ..-. ; .;-. На диаграмме (фиг.2) представлены: Ui

- сигналы управления коммутирующими ти- ристорами; UK- напряжение контактной сети; U2-напряжение на выходе однофазного инвертора; - ток через первичную обмотку трансформатора 2; 2п -то же с учетом насыщения магнитной системы трансформатора при электроснабжении высоким уровнем напряжения без действия сигнала

с элемента 19; 12ф - то же, при-действии сигнала с элемента 19; Уз и Од - противофазные по знаку сигналы датчиков 3 и 4; Ihg

- сигнал элемента сравнения 19; t - параметр времени. .......,..., .

На осциллограмме (фг.З) представлен фрагмент осциллограммы изменения уровня напряжения контактной сети UK.

Кроме указанных элементов в исполнмтельной схеме имеются присоединительные контакты, осуществляющие подключение изделия к контактному проводу и рельсово: му пути, автоматический выключатель, контактор, источник оперативных напряжений

для электроснабжения элементов управления тиристорами инвертора - (позиции на . блок-схеме не отражены). . .

Способ управления трансформаторным источником сварочного тока осуществляют

следующим образом. - .

, При подаче напряжения контактной сети и. оперативных напряжений на элементы блок-схемы пройсхбдят заряд конденсатора 6 до уровня напряжения сети; конденсатбров 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 - до уровня

пбловинь Гуказанного напряжения и появление на выходе датчика 10 единичного сигнала; ;по истечении времени заряда

конденсатора 6 до заданного значения на- «,

пряжения на выходе датчика 11 появляется единичный сигнал. Сигналы датчиков 10 и 11 поступают на вход элемента 13 ИЛИ, при этом сигналы датчика напряжения 10 во времени первичен. Последний сигнал, пос тупая на вход элемента 13 и далее на вход элемента 14 выдержки времени, логического действия на элементы 1 и 15 не производит. Указанное ограничивается уставкой времени элемента 14, величина которой

превышает время полного заряда конденсатора 6 входного фильтра 5.

В свою очередь уставка срабатывания датчика напряжения 11 определяется величиной минимального напряжения на элементах инвертора 11 при котором достигается сохранение его потребительных СВОЙСТВ. .;;.. , „;.:.

При этом возможны следующие режи- ,

МЫ рабОТЫ. y:;.:-.v;.;:. ; -,,-;.. ,: . . ;.

Режим холостого хода, когда сварочная

цепь разорвана. С выхода датчика 4 на вход

системы 15 поступает нулевой сигнал-канал 18

управления основными тиристорами инвертора 1 блокирован. При этом на выходе инвертора 1 формируется ограниченное напряжение U2x. Величина последнего для шахтных условий ведения сварочных работ ограничивается значением 12В при амплитуде не более 25 В. При отключении ограниченного напряжения в сторону увеличения от допустимого уровня и отсутствии тока сварочной цепи единичным сигналом датчика 12 подается команда на осуществление защитного отключения.

Напряжение U2x получают за счет кратковременного открытия коммутирующих тиристоров сигналами Uiy, поступающими с канала 17 в соответствии с управляющим воздействием задающего блока 16, и протекания зарядных токов конденсаторов RC- цепей и узлов искусственной коммутации.

Например, при поступлении управляющего сигнала UVM на коммутирующий тири- стор 24 в Цепях: + - 9-7-30-24-29-2-3-39-38 . и .+ - 9-7-30-24-47-46-31 протекают зарядные токи. В результате к; первичной обмотке трансформатора 2 прикладывается импульс экспоненциально изменяющегося напряжения, а на его вторичной обмотке формируется ограниченное напряжение

U2X-1. -; .. /; ;:, :.- .-:; .--: ;-:;/ г. : . При поступлении в эту же половину периода импульса управления U-I7-2 на тири- стор 26 аналогично образуются цепи: .+ - 9-7-30-26-28-3-2-43-42-1 - + - 9-7-30- 26-51-50-31 - - и формируется напряжение U2x-2. . : . .. .-V .U; ,, : .-

При смене половины периода, т.е. смене знака формируемого ограниченного напряжения управляющие сигналы Ui7-3 и U17-1 поочередного поступают на тиристоры 25 и 27- образуются аналогичные цепи и на выходе трансформатора 2 формируется напряжение U2x-3 и U2x-4. . - ... .. При следующей смене знака формируемого .напряжения на выходе инвертора 1, соответствующего режиму холостого хода, процессы связанные с сигналами Ui7-i, Uiy-2 повторяются.. .. -,. //.

Режим нагрузки источника сварочного тока. Указанный режим наступает после замыкания сварочной цепи.

При этом здесь также необходимо выделить два подрежима, первый - когда имеет место цикличное или случайное прерывание питающего напряжения; второй - когда величина питающего напряжения изменяется скачкообразно в сторону превышения номинального уровня. . : .- .

После замыкания сварочной цепи на дуговой промежуток, датчик тока 4 в момент формирования, например, импульса напряжения U2x-i сформирует единичный сигнал. Последний поступит на блок 16 и в момент близкий к90°эл.. деблокирует канал 18 управления основными тиристорами инвертора Т. На его выходе сформируется напряжение U2, а в сварочной цепи потечет ток 2. При этом сигналом датчика 4 будет блокирован сигнал датчика 12 - последнее происходит в задающем блоке 16. Указанное напряжение (U2) формируется следующим образом. При поступлении импульсов Ui8-i. U18-2, U.18-3. на управляющие

электроды основных тиристоров 20, 23 (или, соответственно 22,21) напряжение 0 на выходе инвертора 1 (на первичной обмотке . трансформатора 2) формируется по следующей цепи + - 9-7-20-3-2-23 - - (или 5 9-7-22-3-21 ). :...:-. : :..,: Vv :,

Заряд конденсатора 28 осуществляется по следующей цепи .+ - 9-7-20-28-27-31 - -, соответственно 29 по цепи.+ - 9-730-24-29-23 - -. ;;..„. ; . ЯЯ .л

0 Закрытие тиристоров 20, 23 осуществляется по следующим кЬнтурэмг(20) 28-32- 30-26--28 и (23) 29-35-31-25-29. а . тиристоров 21 и 22 по контурам (21) 28-27- .31-33-28 и (22) 29-34-30-24-29. .

5При превышении тока сварки над током, установленным заданием, в зада ющем блоке 16 автоматически сформируется сигнал изменения фазы появле ния сигнэтгов управления коммутирующими тиристорами

0 и величина тока сварки установится равной заданному путем широтного регулирования выходного напряжения инвертора 1.

Причем, для заряда коммутирующих конденсаторов до уровня напряжения щах5 тной контактной сети постоянного тока используются кэяал 17, коммутирующие и основные тйристоры. Процесс заряда конденсаторов 28, 29 совпадает с фазой форм и - рования напряжения U2 (на чертеже

0 указанные сигналы не приведены). : , :

При наличии тока нагрузки и напрй&ения питаюодей сети равном, мен blue или;

близком к номинальному, сигналы д атчи коэ

3 и 4 соответственно Уз и UA не в ыз ыванэт

5 изменения состояния элемента 19 сравне-i ния. т.к. указанные сигналы равным по ре- личйне и противоположны rio знаку. Если в. этом режиме нагрузки кратковременно.исчезает напряжение питающей сети, -датчик

0 10 выдает нулевой сигнал. Однако процесс преобразования энергии будет продолжаться за счет энергии, накопленной элементами 6 и 7. Вентиль 9 при этом исключает . расходование Энергии конденсатора б

0 фильтр 5 на другие потребители, присоеди- . ненные к контактной сети. Если величина паузы в электроснабжении окажется мен ь- : те времени расхода накопленной энергии до заданного уровня;, при восстановлении напряжения сети процесс преобразования

5. продолжится. ,: .. -: i;-:: ; ;: /

Если величина упомянутой паузы окажется больше времени расхода энергий фильтра 5 и напряжение заряда конденсатора 6 снизится ниже уставки датчика 11, то последний своим нулевым сигналом (через элементы 11-13-14-15) блокирует процесс преобразования энергии инвертором 1. Причем блокирование произойдёт в начале

канала 18, а затем с некоторой паузой - канала 17;- -..-. : V

Если пауза будет длительной - на практике более 5-7 с, произойдет общее отключение источника сварочного тока (цепи общего отключения на чертеже не показаны). --. V. ; ;- VVv 4 v. .. .-...

При восстановлениинапряжения контактной сети (до общего отключения) произойдут выдача единичног 6 сигнала датчиком 10, заряд конденсатора 6 и выдача единичного сигнала датчиком 11, отсчёт времени элементом Информирование сигналов системой 15 и, при замкнутом дуговом промежутке, формирование напряжения U2. включая промежуточную фазу в 90 эл.град., и продолжение процесса

сварки. ;:/:. ;:;:; , . .о. ;-;; -. :., , -. :. . При увеличении напряжения шахтной контактной сети и работе источника тока в режиме нагрузки произойдет увеличение тока намагничивания сварочного трансформатора. В результате последнего наступит насыщение его магнитной системы. Причем, как показала практика, неудовлетвормтельное магнитное состояние в Трансформаторах типа ТД, ТДМ наступает при 10%-нОм превышении питающего напряжения над номинальным напряжением. Указанное приводит к уменьшению индуктивности трансформатора, а также наруше, нию магнитной передачи энергии в сварочную цепь. А это, в свою очередь, при водит к превышенй Ю прироста токов .пер.вичной цепи трансформатора 2 над приростом тока в сварочной цепи. При этом, в момент превышения сигнала Пз датчика тока 2п первичной цепи трансформатора 2

.над сигналом 1М датчика 4 тока сварочной цепи (точка а диаграммы тока 12, фиг.2) на выходе элемента .19 сравнения появится сигнал Uig. Указанный йм пульс, поступая в канал 18, блокирует дальнейшее формйро ва.нй ё сигналов управ/гения основными ти ристорами 20, 23 или 22, 21 и формирует,

поступая в канал 17, дополнительные сигналы включения коммутирующих тиристоров 26, 25 или 24, 27. Этим достигается приостановление в данный полупериод выходного

напряжения инвертора процесса преобразования энергии, и величина тока 12 вместо достижёния уровня 12п равняется значению 12ф. Магнитное состояние сварочного трансформатора при этом, несмотря на превышенйё напряжения питающей сети над его номинальным уровнем, сохраняет свои номинальные параметры. В результате достигается устойчивость преобразования энергии и сохранение потребительских

свойств источника сварочного тока.

: Форм у л а и з о б р е т е н и я

Способ управления источником сварочного тока с электроснабжением от шахтной

контактной сети постоянного тока, вы полненного в виде однофазного тиристорного .инвертора с искусственной коммутацией, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка

которого соединена со сварочной цепью, заключающийся в том, что контролируют напряжение на входных цепях инвертора и ток сварочной цепи, при отсутствии которого и при уменьшении напряжения на входных

цепях инвертора ниже заданного уровня блокируют про:цесс преобразования в инверторе, при восстановлении напряжения на входных цепях инвертора и при появлении тока в сварочной цепи возобновляют

процесс преобразования в инверторе с задержкой на заданное время, отличающий, с я тем, что, с целью повышения надежности, контролируют ток первичной обмотки трансформатора, нормируют его,

сравнивают с нормированным значением тока сварочной цепи, задают значение рассогласования и в случае превышения рассогласования над заданным значением блокируют процесс преобразования в инверТоре; ;:

/..

250

IS

30

(5010)

4S

SO

75

X

t, cex.

Сущность изобретения: спЬсоб основан на кбятролё наличия и величины сварочного тока и напряжения сёарочной цепи и налря- жейия на входнйх Цепях йнвертора/задер- Ж Кй йа за Д а н н ы и отр е збк в рем е н и . ...: - v. ; /- Л ;;/- преобразования в момент возбуждения дуги и ripn пёрё падах нйпр я ейия на вхЪдных цепях мнбёрторй й:б птймиза ии перёхйдн р- го процесса1 изменения сварЬч ного токе И напряжения контактной сети после их .вбс- становления;- Для повышения надежности сварочнь.1х преобразователей и безопасности их обслужИва ния кр;нтр лиру|Ьт ёлйчиг ну сварочного тока первичной цепи трансформатора, сигнал й.р величине тока сварочной и первичной цепей тран сформа- тора нормируют1 и вкшЬчаЪЗ ест ре чво-пб- следовательно, задают величину их рассбгласбвания, в момент превьниений рассогласования Над его заданным значе- нием формируют управляющий сигнал, подают его в узлЫ искусственной коммутации инвертора и п рйостзнавли ва(6т прёобразр- . вамие. з ил. .-. : ; :..-: . tA С