Устройство для коммутации источника питания сварочной дуги Советский патент 1993 года по МПК B23K9/10 

ел

с

Иепользование: изобретение относится к электродуговой сварке, а именно к устройствам для коммутации источников питания. Сущность изобретения: в устройство введена цепь, образованная селектором длительности и управляемым ключом, которая включена параллельно цепи прохождения измерительного сигнала. Благодаря этому становится возможной эффективная фильтрация части сигнала после интервала селекция. Форма сигнала селектором длительности не изменяется. Такая фильтрация осуществляется при помощи введенного в устройство конденсатора, что позволяет повысить помехоустойчивость устройства. 3 ил.

Изобретение относится к электродуговой сварке, а именно к устройствам для коммутации источников питания.

Целью изобретения является повышение электробезопасности путем улучшения помехоустойчивости устройства.

В предлагаемом устройстве цепь, образованная селектором длительности и управляемым ключом, включена параллельно цепи прохождения измерительного сигнала . (первому резистору), благодаря чему становится возможной фильтрация части сигнала после интервала селекции, форма которой селектором длительности не изменяется. Такая фильтрация осуществляется при помощи введенного в устройство конденсатора, что позволяет повысить его помехоустойчивость.

На фиг.1 приведено упрощенная эквивалентная схема цепи оперативного тока,

создаваемого генератором импульсов, где1- источник прямоугольных импульсов, 2 - его выходное сопротивление (Rn), 3 - паразитная емкость С между проводами сварочной цепи, 4 - сопротивление R между сварочным электродом и изделием.

На фиг.2 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.2) имеет силовой коммутирующий элемент 5 (СКЭ), генератор импульсов 6 (ГИ), датчик тока 7 (ДТ), селектор длительности 8 (СД), управляемый ключ 9 (УК), элемент развязки 10 (ЭР), пороговый элемент 11 (ПЭ). конденсатор. 12, резисторы 13 и 14. На схеме показаны также клеммы сети 15, источник питания сварочной дуги 16 (ИПД), сварочный электрод 17 и изделие 18.

Силовой коммутирующий элемент 5 можно выполнить на контакторе, обмотка

00

о

00

ел ел о

которого коммутируется контактами промежуточного реле, либо, как показано на фиг.2, на тиристоре 19, включенном в диагональ диодного моста 20, управляющий электрод которого соединён с выходом тиристорного оптрона 21, являющегося нагрузкой транзисторного усилителя 22.

Генератором импульсов 6 могут служить блокинг-генератор или мультивибратор, выполненные на транзисторах или микросхемах и работающие в автоколебательном режиме.

Датчиком тока 7 может быть активное сопротивление, включенное последовательно в сварочную цепь, либо включенный аналогичным образом трансформатор то ка.

Селектор длительности может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.2. В состав данного селектора входит инвертирующий пороговый элемент 23, например, логический элемент НЕ (Е155ЛН1), и элемент задержки переднего фронта импульса, образованный интегрирующей цепью из резистора 24 и конденсатора 25 и зарядным диодом 26. Порог элемента 23 Ui (фиг.За) равен, или меньше уровня, соответствующего требуемому сопротивлению срабатывания устройства.

Управляемый ключ 9 можно выполнить на транзисторе или на логическом элементе с открытым коллектором, например, К155ЛА8илиК15.5ЛН2.

В качестве элемента развязки 10 используется диод, анод которого подключен к выходу управляемого ключа, а катод - к входу порогового элемента.

В качестве порогового элемента 11 Можно использовать компаратор в интегральном исполнении, например, КР 597СА2, а также логический элемент с объединенными входными выводами К155ЛЛ1 или два последовательно включенных элемента НЕ (К155ЛН1), В качестве источника питания сварочной дуги можно использовать сварочный трансформатор или сварочный выпрямитель,

Устройство работает .следующим обра- зом,

Генератор 6 формирует непрерывную последовательность коротких прямоугольных импульсов. При разомкнутом сварочном электроде импульсы тока протекают через паразитную емкость между проводами сварочной цепи, а также через тело человека при его прикосновении к сварочному электроду. В целях безопасности амплитуду и длительность импульсов, формируемых генератором, устанавливают так, чтобы они были неощутимы.

Очевидно, что ток помехи в сварочной цепи имеет наибольшее значение при минимальном сопротивлении тела человека, которое принимают равным 300 Ом, и при

максимальной паразитной емкости, которая может достигать 10 ф. На фиг.За в инте р- вале (ti,IA) показана форма импульса помехи на выходе датчика тока. Из-за влияния паразитной индуктивности сварочного кабеля

0 экспоненциальный спад вершины импульса промодулирован затухающими гармоническими колебаниями.

До появления импульса тока в сварочной цепи на выходе элемента 23 и на выходе

5 селектора длительности 8 имеются напряжения (фиг.36, Зв), а управляемый ключ открыт, т.е. его выходные клеммы замкнуты, (выходной транзистор открыт), так что на входе порогового элемента напряжение от0 сутствует (фиг.Зг). Нет напряжения и на выходе порогового элемента (фиг.Зд), вследствие чего закрыт силовой коммутирующий элемент и источник питания сварочной дуги отключен.

5 в момент появления напряжения на выходе датчика тока (ti) элемент 23 срабатывает (фиг.36) и начинается разряд конденсатора 25 через резистор 24 (фиг.Зв). В момент t2 напряжение на конденсаторе 2В

0 достигает порога срабатывания Da управляемого ключа 9 и выходной транзистор ключа закрывается. Порог U2 и параметры элементов 24 и 25 выбираются таким образом, чтобы за время селекции (t2-ti) в основном

5 завершился процесс заряда паразитной емкости между проводами сварочной цепи. После размыкания управляемого ключа на-. чинается заряд.конденсатора 12 через элемент развязки 10 и резистор 13

0 напряжением датчика тока (фиг.Зг). Резистор 13 и конденсатор 12, подключенные через открытый выходной транзистор порогового элемента 11 к общей шине, представляют собой в данном случае фильтрующую

5 цепь. Постоянная времени этой цепи выбирается таким образом, чтобы напряжение на входе ,элемента 11 при действии помехи не достигло порога срабатывания из этого элемента. Таким образом, импульс помехи

0 не изменяет состояния элемента 11 (фиг.Зд) и источник питания сварочной дуги остается отключенным.

В момент t3 элемент 23 возвращается в исходное состояние (фиг.36) и конденсатор

5 25 быстро заряжается через диод 26 (фиг.Зв), замыкая ключ 9, Конденсатор 12 разряжается через резистор 14 (фиг.Зг) и схема переходит в исходное состояние.

При появлении в момент ts смеси полезного сигнала с помехой (фиг.За) процессы в

схеме до момента t будут протекать так же, как и в случае-с помехой. При наличии сигнала уровень постоянной составляющей импульса на выходе датчика тока возрастает, благодаря чему в момент t напряжение на конденсаторе 12 достигает порога срабатывания элемента 11 (фиг.Зг). Скачок напряжения с выхода элемента 11 через конденсатор 12 передается на его вход, диод 10 закрывается и начинается процесс перезаряда конденсатора 12 по цепи: + источника питания (на схеме подключение элемента 11 к источнику питания не показано) - выходное сопротивление элемента 11 конденсатор 12 - резистор 14 - общая шина. По окончании сигнального импульса в момент te элементы 8 и 9 устанавливают в исходное состояние, но благодаря диоду 10 состояние ключа 9 не влияет на процесс перезаряда конденсатора 12. Перезаряд продолжается до момента tio (фиг.Зг), когда напряжение достигнет порога срабатывания Уз элемента 11.

С переходом элемента 1.1 в исходное состояние завершается процесс формиро- вания сигнала, вызывающего включение коммутирующего элемента и последующую подачу напряжения в сварочную цепь.

Длительность этого сигнала устанавливается несколько меньшей T-(tM+te), где Т - период повторения импульсов, формируемых генератором 2, т.и - задержка, вносимая фильтрующей цепью из элементов 12 и13, te - время восстановления порогового элемента 11 в исходное состояние (фиг.Зг).

Благодаря этому, включение элемента 5 происходит практически без задержки независимо от фазы сетевого напряжения в момент контакта электрода 17 с изделием 18, а при построении элемента 5 на основе реле и контакторов благодаря инерционности последних он удерживается во включенном состоянии не только во время действия сигналов управления (фиг.Зд), но и в течение непродолжительных промежутков между этими сигналами. При размыкании сварочной цепи амплитуды импульсов на входе порогового элемента 11 становятся ниже порога его срабатывания и силовой коммутирующий элемент отключает источник 16 от сети.

Для сравнения помехоустойчивости предлагаемого устройства с помехоустойчивостью устройства - прототипа можно рассчитать отношение сигнал/помеха на выходе помехоподавляющих звеньев (в точке подключения элемента развязки ко входу порогового элемента). При пороге срабатывания микросхем 155 серии около 1 В и напряжении питания 5В изменение напряжения на конденсаторе 12 до срабатывания элемента 11 без большой погрешности можно считать линейным. Таким образом, рассматривая цепь из элементов 12 и 13 как интегратор, для помехи и сигнала, соответствующего порогу срабатывания устройства, на входе порогового элемента можно записать

иФ2 к2 ит ($ +

+

R(

(4)

RM (Rn + R) a где Ka - коэффициент, зависящий от коэффициентов передачи датчика тока и части схемы между выходом датчика тока и входом порогового элемента (после интервала селекции);

гс- интервал селекции.

Здесь, как и при анализе устройства- прототипа, не учитывалось влияние паразитной индуктивности сварочного кабеля, поскольку обусловленные ее влиянием затухающие колебания, которые модулируют вершину импульса, имеют нулевую постоянную составляющую и к моменту окончания импульса дают на выходе интегратора практически нулевой сигнал.

Полагая значение тс 0,8 ги. а остальные исходные данные теми же, что и при анализе устройства-прототипа, и воспользовавшись выражением (3). получим, что отношение сигнал/помеха для предлагаемого устройства равно 2,418, т.е. уровень сигнала отличается от уровня помехи на 141,8% против 28,5% у устройства-прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство обладает значительно большим запасом помехоустойчивости, чем устройство-прототип,что исключает возможность его ложного срабатывания под влиянием дестабилизирующих факторов и подачу сварочного напряжения на электрод при касании человека.

Формула изобретения

Устройство для коммутации источника питания сварочной дуги, содержащее силовой коммутирующий элемент в первичной цепи источника, генератор импульсов, подключенный к выходу источника, датчик тока, включенный в сварочную цепь, пороговый элемент и элемент развязки, отличающееся тем, что, с целью повышения электробезопасности путем улучшения помехоустойчивости устройства, в него введены селектор длительности, управляемый ключ, два резистора и конденсатор, включенный между прямым выходом и входом порогового элемента, причем прямой выход порогового элемента подключен к входу силового коммутирующего элемента, а вход через.

элемент развязки подключен к первой выходной клемме управляемого ключа, соединенной через первый резистор с точкой подключения выхода датчика тока к входу селектора длительности, выход которого соФиг. /

единен с входом управляемого ключа, второй резистор включен между входом порогового элемента и общей шиной устройства, соединенной с второй выходной клеммой управляемого ключа.

Фиг.З