Регулятор сварочного тока Советский патент 1993 года по МПК B23K9/00 

показатели, так как частотные свойства ти- ристорного фазорегулятора определяются промышленной частотой. Устройство отличается низким коэффициентом мощности.

Наиболее близким к предлагаемому регулятору сварочного тока является регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпрямителя, при этом отрицательные выходы первого и второго выпрямителей объединены и соединены с первым выходом регулятора, а поло- жите.льные выходы первого и второго выпрямителей соединены с вторым выходом регулятора, отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом, инвертора напряжения, положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока.

Недостатком известного регулятора сварочного тока является низкая устойчивость возбуждения дуги при работе на переменном токе, что требует применения импульсной стабилизации. Процесс повторного зажигания дуги переменного тока имеет вероятностный характер и требует значительной мощности для достижения высокой стабильности зажигания дуги.

Целью изобретения является расширение области применения,

Цель достигается тем, что регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и -реактор подсоединены к входу . переменного тока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного то ка соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения, причем другая обкладка конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, а выводы переменного тока инвертора напряжения соединены с входом второго трансформатора, снабжен диодом и вторым конденсатором, при этом анод диода соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока и положительным выводом выпрямителя, а катод диода объединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напряжения, вторая обкладка второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора напряжения и отрицательным выводом выпрямителя,

выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора непосредственно..

Предлагаемое устройство содержит новое качество, заключающееся в том, что оно

0 имеет высокую устойчивость горения дуги, что обеспечивает высокое качество сварки. Это достигается путем включения инвертора напряжения к источнику постоянного тока через автономный инвертор тока и диод.

5 Инвертор .напряжения через трансформатор питает сварочную нагрузку, причем значения токов в первичной цепи инвертора напряжения, сварочной цепи и цепи источника постоянного тока определяются вход0 ным сопротивлением инвертора тока. Само же входное сопротивление инвертора тока определяется параметрами самого инвертора, трансформаторов, реактора и сопротивлением сварочной нагрузки. Входное

5 сопротивление автономного инвертора тока изменяется в значительно большей степени, чем сопротивление нагрузки (при увеличении сопротивления на выходе автономного инвертора в 2 раза его входное сопрбтивле0 ние уменьшается в 5 раз). Включение автономного инвертора тока в цепь питания позволяет стабилизировать ток в сварочной цепи при изменении сопротивления сварочной цепи, При малом сопротивлении сва5 рочной цепи на сварочной на.грузке обеспечивается малое напряжение. Увеличение устойчивости зажигания дуги при переходе тока через нулевое значение обеспечивается за счет энергии, накоплен0 ной в индуктивности сварочной цепи. При изменении знака напряжения на инверторе напряжения энергия из цепи переменного тока возвращается в цепь постоянного тока, что обеспечивает увеличение напряжения

5 на втором конденсаторе и инверторе напряжения. Малое значение емкости второго конденсатора обеспечивает быстрый подъем напряжения на сварочной нагрузке и устойчивость зажигания дуги. Автономный

0 инвертор тока и выпрямитель в эти моменты времени работают на первый конденсатор, который имеет большое значение емкости. Напряжение на нем изменяется в небольших пределах, что стабилизирует работу ус5 тройства на среднем уровне. Инвертор напряжения, диод, второй конденсатор и автономный инвертор тока взаимодействуют в предлагаемом устройстве таким образом, что обеспечивается повышение ачества сварки путем повышения устойчивести горения дуги и вследствие этого отличительные признаки являются существенными.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема регулятора сварочного тока; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема регулятора сварочного тока с источником постоянного тока в виде трехфазного мостового выпрямителя и с однофазным автономным инвертором тока и однофазным инвертором напряжения; на фиг.З - диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на нагрузке, тока обратного диода.

Устройство содержит (фиг, 1) источник 1 постоя иного тока, положительный вывод которого связан с положительным выводом автономного инвертора 2 тока. Выводы переменного тока инвертора тока соединены в первым трансформатором 3. К вторичной обмотке трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпрямитель 5. Отрицательный вывод источника 1 питания соединен с отрицательным выводом инвертора 6 напряжения. Отрицательный вывод автономного инвертора 2 тока соединен с первым конденсатором 7. Выводы переменного тока инвертора 6 напряжения соединены с первичной обмоткой второго трансформатора 8. Выводы вторичной обмотки трансформатора 8 соединены с выводами 9 регулятора. К выводам постоянного тока инвертора 6 напряжения параллельно подключен второй конденсатор 10. Между первым конденсатором 7 и вторым конденсатором 10 включен диод 11.

На принципиальной электрической схеме фиг.2 дополнительно обозначены коммутирующий конденсатор 12 инвертора тока, дроссель 13 инвертора тока, дроссель 14 выпрямителя, дроссель 15 инвертора напряжения, обратные диоды 17 инвертора напряжения;

На диаграмме мгновенных значений фиг.З обозначены кривая 18 напряжения на нагрузке при подключении инвертора к источнику напряжения бесконечной мощности, кривая 19 напряжения при ограниченном значении емкости 10, кривая 20 мгновенного значения тока, кривая 21 тока обратного диода.

Регулятор сварочного тока работает следующим образом.

В режиме холостого хода автономный инвертор 2 тока и инвертор 6 напряжения имеют различные входные сопротивления. Входное сопротивление инвертора 2 тока имеет малое значение. Оно определяется уравнением

Рит аХ2с/(Х2с/Рп+Рп),

где Хс - реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора 12 инвертора 2 то- 5 ка;

Rn - сопротивление, определяемое потерями в конденсаторе 12 и потерями в магнитол роводе трансформатора 3 инвертора 2 тока;

10 а-коэффициент, определяемый схемой инвертора тока.

Очевидно, что при Rn сопротивление инвертора тока равно нулю. Сопротивление инвертора 6 напряжения имеет

15 большое значение. Оно определяется большими значениями сопротивления потерь холостого хода трансформатора 8. Таким образом, напряжение источника 1 постоянно- то тока практически полностью приложено

0 к инвертору б напряжения. Напряжение на сварочной нагрузке, подключенной к выводам 9 регулятора, в режиме холостого хода определяется коэффициентом трансформации трансформатора 8 и значением напря5 жения источника 1 постоянного тока. При появлении нагрузочного тока в сварочной цепи увеличивается ток Id в цепи постоянного тока инвертора 6 напряжения, диоде 11 инвертора 2 тока и источнике 1. Суменьше0 нием сопротивления сварочной нагрузки и увеличением тока Id увеличивается падение напряжения на входном сопротивлении Рит автономного инвертора 2 тока и увеличивается напряжение на трансформаторе 3 и

5 выпрямителе 5. В момент достижения током в сварочной нагрузке критического значения напряжение на выходе выпрямителя 5 равно напряжению на входе инвертора б напряжения. Вентили выпрямителя 5 начи0 нают проводить ток. Инвертор 2 тока переходит в нагрузочный режим. С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 его входное сопротивление увеличивается. Увеличивается напряжение на выводах по5 стоянного тока инвертора 2 тока и уменьшается значение напряжения на выводах постоянного тока инвертора 6 напряжения, что приводит к уменьшению напряжения на выводах 9 регулятора. Дальнейшее умень0 шение сопротивления сварочного контура приводит к увеличению входного сопротивления инвертора тока, что обеспечивает кру- топадающий . характер нагрузочной .характеристики регулятора. В рабочем ре5 жиме напряжения на сварочной нагрузке и на входе инвертора напряжения в 3-4 раза меньше значений этих напряжений режима холостого хода. Малые значения напряжения на сварочной нагрузке снижают вероятность повторного зажигания в полупериоды, имеющие отрицательное напряжение на изделии и положительное напряжение на электроде. Для увеличения значений напряжений в регуляторе используется энергия, накопленная в индуктивности дросселя 15 и индуктивности цепи тока сварочной нагрузки. Начиная с момента включения обратного диода 17, происходит возврат этой энергии в конденсатор 10, Из-за малых значений емкости конденсатора 10 происходит быстрое нарастание напряжения на конденсаторе 10 и, следовательно, на сварочной нагрузке. Напряжение на сварочной нагрузке (фиг.З, 19) увеличивается практически до тех пор, пока ток нагрузки (фиг.З, 20) не изменит знак. При повторном зажигании дуги и изменении направления тока нагрузки напряжение на конденсаторе 10 уменьшается до значений напряжения на конденсаторе 7. При равенстве напряжений начинает проводить ток диод 11 и обеспечивается передача энергии в инвертор б напряжения и передача через трансформатор 8 к зажимам 9 и к сварочной нагрузке. Значение емкости конденсатора 7 больше емкости конденсатора 10. Напряжение на конденсаторе 7 в рабочем режиме изменяется мало. Токи дросселей 13 и 14 имеют малые значения переменной составляющей, что необходимо для обеспечения высокого КПД. Напряжения на выходе инвертора 6 и на трансформаторе имеют прямоугольную форму. На фиг.З коммутационный интервал условно растянут, При рабочих частотах, на которых проводится сварка, коммутационный интервал имеет длительность значительно меньше половины периода напряжения на нагрузке.

Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки нагрузочная характеристика регулятора имеет жесткую характеристику, а в режимах с малыми значениями сопротивления сварочной нагрузки вольт-амперная характеристика имеет крутопадающий характер. Одновременно при малых значениях напряжения на сварочной нагрузке во время основной части полупериодов напряжение в начальной части при перемене знака тока сварки имеет повышенное значение. Это обеспечивает устойчивость повторного зажигания сварочной дуги.

Экспериментальная проверка показала, что предлагаемый регулятор сварочного

тока позволяете 2-3 раза уменьшить потери в нем. Он позволяет использовать трехфазную сеть 380 В, 50 Гц для производства сварочных работ, что увеличивает коэффициент мощности и обеспечивает равномерную загрузку фаз. Его отличительной особенностью является высокая крутизна внешней характеристики, которая является естественной и не требует устройств управления. Регулирующим органом является автономный инвертор тока, работающий на повышенной частоте. Инвертор тока обеспечивает высокие динамические характеристики. При работе автономного инвертора

на частоте 400-1000 Гц динамические характеристики предлагаемого регулятора в 5-10 раз выше, чем у трансформаторов с дросселями насыщения и трансформаторов с тиристорными фазорегуляторами, которые

работают на частоте сварочного тока 50 Гц.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Регулятор сварочного тока, содержащий источник постоянного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока ко- торого через первый трансформатор и

реактор подсоединены к входу переменного тока выпрямителя, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен, с первой обкладкой первого конденсатора и отрицательным выводом инвертора напряжения, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, при этом выводы переменного тока инвертора напряжения соединены с входом второго

трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены диод и второй конденсатор, при этом анод диода соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока и положительным выводом выпрямителя, катод диода объединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напряжения, а вторая обкладка

второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора, напряжения и отрицательным выводом выпрямителя, при- чем выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регулятора.

1787082

Фиг. 4

Фие.2

Фм.:з