Источник питания для нагрузок электродугового типа Советский патент 1993 года по МПК B23K9/00 H02H7/122 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, в частности для сварочных установок.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг.1 показана структурная схема источника питания с выпрямителем, построенным по схеме с отводом от средней точки вторичной обмотки выходного трансформатора; на фиг.2 - то же.в варианте с мостовой схемой силового выпрямителя; на фиг.З - вольтамперные характеристики предлагаемого устройства и нагрузки; на фиг.4 - прин- ципиальная схема источника питания с транзисторным коммутирующим ключом и транзистором в качестве промежуточного усилителя; на фиг.5 - то же.в варианте с

промежуточным усилителем на операционном усилителе.

Источник питания (фиг. 1) содержит полупроводниковый преобразователь 1 с бестрансформаторным входом, к выходу которого подключена первичная- обмотка выходного трансформатора 3 повышенной частоты. Отвод от средней точки вторичной обмотки 4 соединен с первым выходным выводом 5 источника питания, а концы вторичной обмотки через диоды 6 и 7 силового выпрямителя и датчик тока 8 соединены со вторым выходным выводом 9 источника питания. Между выходными выводами 5 и 9 источника питания включена нагрузка электродугового типа 10. Трансформатор 3 снабжен двумя дополнительными обмотками 11. 12, подключенными к вторичной обмотке 4

00

го

СА О О

и через диоды 13, 14 соединены с первым силовым выводом 15 коммутирующего ключа 16. Второй силовой вывод 17 ключа 16 соединен с выходным выводом 9, а его цепь управления подключена к датчику тока 8.

Источник питания работает следующим образом.

При подаче сетевого напряжения на вход преобразователя 1 (фиг.1) на обмотках трансформатора 3 формируется напряжение повышенной частоты. Если нагрузка 10 находится в состоянии холостого хода (дуга не зажжена), то сигнал на выходе датчика тока 8 отсутствует и нормально открытый коммутирующий ключ 16 находится в замкнутом состоянии. При этом на выходной вывод 9 подается повышенное напряжение Dr. (фиг.З) снимаемое через выпрямитель на диодах 13, 14 с обмоток 4, 11, 12. При зажигании дуги в нагрузке 10 рабочая точка из неустойчивого состояния а (фиг.3) лавинообразно переходит в устойчивое состояние б вследствие падающего характера вольт- амперной характеристики дуги и выполнения преобразователя 1 с внешней характеристикой, имеющей вертикальнопа- дающий участок на заданном уровне тока 1н1,1н2,1нЗ и т.п. При увеличении тока нагрузки от нуля до порогового значения 10 сигнал, снимаемый с flaT4Hka тока 8, воздействуя на цепь управления ключа 16, размыкает последний. При этом питание горящей дуги происходит с выхода силового выпрямителя на диодах 6, 7, питаемого напряжением обмотки 4 на более низком уровне U2 (фиг.З). Вследствие этого при горящей дуге, т.е. в основном режиме работы, трансформатор 3 работает с пониженным коэффициентом трансформации, что снижает ток в силовых элементах преобразователя и уменьшает их массу и габариты.

В варианте, показанном на фиг.2, силовой выпрямитель выполнен по мостовой схеме за счет добавления диодов 18, 19, а вторичная обмотка 4 не имеет отвода от средней точки. Коммутирующий ключ (фиг.4) может быть выполнен в виде силового транзистора 20. вход которого шунтирован дополнительным .транзистором 21, а вход последнего подключен к датчику тока 8. выполненному в виде низкоомного резистора. Вспомогательный источник напряжения 22 через резистор 23 подключен к входу- силового транзистора 20. В варианте с мостовым силовым выпрямителем (фиг.2) работа происходит по аналогии с фиг.1, но при замкнутом ключе 16 напряжение на день нагрузки подается с обмоток 4, 11 через диоды 13, 19 в один полупериод и с обмоток 4, 12 через диоды 14. 18 в другой полупериод. Данный

вариант удобен при повышенных уровнях выходного напряжения источника питания. Коммутирующий ключ может быть выполнен в виде транзистора 20 (фиг.4). который

нормально открыт за счет тока базы проходящего через резистор 23 от вспомогательного источника напряжения 22. При увеличении тока нагрузки до уровня I0 (фиг.З) падение напряжения на резисторе 8,

0 выполняющем функции датчика тока, увеличивается настолько, что транзистор 21 открывается и шунтирует вход транзистора 20, выключая последний. В варианте схемы управления по фиг.5 к датчику тока (резисто5 ру) 8, включенному в отличие от вариантов по фиг.1, 2, 4. в минусовую цепь силового выпрямителя, подключен первый вход операционного усилителя 24. К второму входу усилителя 24 подключен выход узла опорно.0. го напряжения 25, выполненного на стабилитроне 26 и резистивно.м регулируемом делителе напряжения 27, 28. Выход усилителя 24 соединен с базой силового транзистора 20. Питание усилителя 24, узла 25 и

5 базы транзистора 20 выполняется от вспомогательного источника напряжения 22, имеющего отвод от средней точки, подключенный к общему выводу 9. Напряжение на резисторе 8 сравнивается на входе усилите0 ля 24 с опорным напряжением, снимаемым с выхода узла 25. Усиленный сигнал на выходе усилителя 24, воздействуя на вход коммутирующего ключа 20, запирает последний при достижении током нагрузки порогового

5 уровня IQ. При этом падение напряжения на резисторе 8 может быть несколько десятков милливольт, что по отношению к варианту фиг.4 позволяет уменьшить потери мощности в резисторе 8 в несколько раз.

0 Формулаизобретения

1. Источник питания для нагрузок электродугового типа,.содержащий полупровод- никовыйпреобразователь с бестрансформаторным входом и выходным

5 трансформатором повышенной частоты, к вторичной обмотке которого подключен силовой выпрямитель, соединенный первым выходным выводом с первым выходным выводом источника питания, отличаю0 щ и и с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в него введен датчик тока, включенный последовательно в цепь соединения второго выходного вывода силового выпрямителя с вторым выходным вы5 водом источника питания, выходной трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками, каждая из которых одним выводом соединена с соответствующим крайним выводом вторичной обмотки, а дру-:

гим выводом через диод-с первым силовым

выводом нормально открытого коммутирующего ключа, второй силовой вывод которого соединен с вторым выходным выводом источника питания, а управляющий вход ключа - с выходом датчика тока.2. Источник питания по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что силовой выпрямитель выполнен в виде двух диодов, а вторичная обмотка выходного трансформатора выполнена с отводом от средней точки.

3. Источник питания по п. 1, о т л и ч a tout и и с я тем, что силовой выпрямитель выполнен мостовым.

4. Источник питания по п. 1, о т л И ч а ю- щ и и с я тем, что коммутирующий ключ выполнен в виде силового транзистора, коллектор и эмиттер которого являются соответственно первым и вторым силовым выводом нормально открытого коммутируУ-

ющего ключа, а база через промежуточный усилитель подключена к датчику тока, выполненному в виде первого резистора, и через второй резистор - к вспомогательно- му источнику отпирающего напряжения.

5. Источник питания по п.4. отличающий с я тем, что промежуточный усилитель выполнен в виде дополнительного транзистора, коллектор и эмиттер которого соеди- 0 йены соответственно с базой и эмиттером силового транзистора, а база соединена с вторым выходным выводом силового выпрямителя.

6. Источник питания по л.4, о т л и ч а ю- 5 щийся тем, что промежуточный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, один вход которого подключен к датчику тока, а другой вход - к выходу узла опорного напряжения. 13

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, в частности, для сварочных установок. Сущность изобретения: источник питания содержит полупроводниковый преобразователь с бестрансформаторным входом и с выходным трансформатором повышенной частоты. По двум диодам силового выпрямителя проходит рабочий ток при горящей дуге в цепи нагрузки, а дополнительные диоды при этом закрыты, так как разомкнут коммутирующий ключ. При холостом ходе и малых нагрузках сигнал с датчика тока не поступает и коммутирующий ключ находится в исходном нормально замкнутом состоянии. Вследствие этого открываются дополнительные диоды и закрываются диоды силового выпрямителя. Напряжение на выходе источника увеличивается в несколько раз, благодаря подключению дополнительных обмоток выходного трансформатора. Форсирование напряжения источника питания при холостом ходе, обеспечивает уверенное зажигание дуги. 5 з.п, ф-лы, 5 ил. ел С

Фиг.З

Фиг.1

1N