Устройство для ограничения напряженияХОлОСТОгО ХОдА СВАРОчНОгО ТРАНСфОРМАТОРА Советский патент 1981 года по МПК B23K9/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО ХОДА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к устройствам снижения напряжения холостого хода сварочного трансформатора, и предназначено для защиты человека от поражения электрическим током при выполнении ручных электросварочных работ в условиях горнорудных предприятий.

Известно устройство ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора типа АЗС-2. Система фазового управления этого устройства построена таким образом, что в режиме холостого хода сварочного трансформатора частичное открытие коммутатора осуществляется только на одном из встречно-параллельно включенных тиристоров. Для полного открытия коммутатора в рабочем режиме в схеме предусмотрен промежуточный коммутатор,на который поступает сигнал от трансформатора тока, включенного в первичную цепь сварочного трансформатора,. Блок защиты от ненормальных режимов этого устройства содержит свой трансформатор тока, к которому подключено реле защиты. С помощью трансформатора тока, который является сумматором электрических сигналов, контролируются токи, протекающие через силовые тиристоры полупроводникового коммутатора, т. е. контролируется их исправность. При нормальной работе тиристоров ток через реле защиты близок к нулю. При выходе из строя любого из вентилей равновесие токов в трансформаторе тока нарушается, и на вторичной его обмотке появляется напряжение, достаточное для срабатывания реле защиты, которое отключает сварочный .трансформатор от сети 1.

Недостатки этого устройства заключаются в следующем:

включению основного коммутатора, дискрет-ный элемент зашиты получает питание через выход ключевого элемента и один из выходов основного коммутатора, и снимает своим инверсным выходом питание с последнего. Кроме того, дискретный элемент защиты подает сигнал на отключение защитного коммутатора, установленного в первичной цепи сварочного трансформатора. Таким образом, реле защиты осуществляет отключение сварочного трансформатора в случаях ложнойподачи полного рабочего напряжения в сварочную цепь в результате неисправности в логической части устройства с выдержкой времени, превышающей допустимой время существования этого напряжения.

Реле защиты во всех случаях срабатывает со значительной задержкой во времени (около 0,9 с), т. е. при ложной подаче полного напряжения холостого хода в сварочную цепь это напряжение существует в течение времени, значительно превышающего допустимое значение (0,5 с).

Кроме того, реле защиты .не реагирует на ложную подачу напряжения холостого хода в сварочную цепь при снижении ее сопротивления изоляции, что снижает надежность работы. Влияние сопротивления изоляции сварочного кабеля на надежность его работы гораздо выще, чем у предыдущего аналога, так как отношение амплитуд рабочего и оперативного напряжений выше и составляет не менее 5.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее силовой тиристорный коммутатор, систему фазового управления, блок питания ТОСТ-5-РН, трансформаторы тока, реле защиты, включенное на выход транзисторного ключа с динистором во входной цепи, получающий питание от трансформатора, присоединенного к первичной обмотке, сварочный трансформатор и времязадающую емкость, защунтированную разрядным тиристором, цепь управления которого подключена к трансформатору тока.

Сварочный трансформатор в этом устройстве используется и как источник оперативного напряжения, которое является несинусоИдальным по форме и состоит из отрезков синусоиды и оба полупериода питающего напряжения. Оперативное напряжение в этом случае имеет коэффициент амплитуды, значительно превосходящей такой же коэффициент у синусоидального .напряжения с одинаковым действующ,им значением, что обеспечивает снижение габаритов и веса устройства, понижение тепловыделения в оболочке, что особенно важно при степени ее защиты, требуемой условиями эксплуатации горнорудных предприятий; высокие помехоустойчивость и четкость работы; улучщенное возбуждение электрической дуги.

Все это обеспечивает лучшие сварочные свойства устройства.

Поскольку в реле времени данного устройства используется принцип предварительно заряженной времязадающей емкости, то в сварочную цепь сразу же после включения устройства в работу подается полное напряжение сети. По истечении времени, обусловленного зарядом этой емкости, реле времени меняет свое состояние и воздействует на систему фазового управления таким ° образом, что последняя, изменяя угол включения силовых тиристоров, обеспечивает подачу оперативного (ограниченного) напряжения в сварочную цепь. После подачи полного напряжения на сварочный транс5 форматор времязадающая емкость, подключенная на вход транзисторного ключа с реле защиты, также начинает заряжаться. Реле защиты в это время обесточено. Так как время заряда этой емкости до напряжения пробоя динистора выбрано больщим, чем 0 время заряда емкости в реле времени, т. е. большим времени существования полного напряжения в сварочной цепи, то напряжение на защитное реле в течение времени существования полного напряжения не поступает. Поскольку схемой не предусмотрена цепь разряда для времязадающей емкости, обеспечивающей задержку в срабатывании защитного реле, то в дальнейшем она также остается предварительно заряженной, до напряжения, несколько меньшего, чем напряжение пробоя динистора во входной цепи транзисторного ключа с реле защиты. При замыкании сварочной цепи в процессе сварки сигнал с трансформатора тока является достаточным для отпирания разрядного тиристора, который, отпираясь, производит 5 разряд времязадающей емкости у защитного реле и удерживает ее в таком состоянии в течение всего времени горения электрической дуги. При этом транзисторный ключ закрыт, а катушка реле защиты обесточена. После разрыва электрической дуги описанные процессы заряда времязадающих емкостей у реле времени и защитного реле повторяются. В случае неисправности схемы реле времени или пробоя силовых тиристоров, т. е. когда время существования полного напряжения холостого хода сварочного трансформатора превыщает допустимое значение, напряжение у времязадающей емкости защитного реле достигает напряжения пробоя динистора. В результате на вход транзисторного ключа поступает отпирающий импульс, а реле защиты срабатывает и производит отключение сварочного трансформатора от сети. При этом время срабатывания реле защиты составляет около 0,9 с 31.

Недостатки известного устройства следующие:

повторного соприкосновения электрода со сварочным изделием значительно и на практике составляет не менее 1 с.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем ускорения срабатывания его реле защиты при увеличении оперативного напряжения свыщ допустимого значения, а также устранение ложных срабатываний реле в процессе производства сварочных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем силовой полупроводниковый коммутатор, систему фазового управления, трансформатор тока, реле времени, присоединенное к трансформатору тока, реле защиты, присоединенное к первичной обмотке сварочного трансформатора через транзисторный ключ и выпрямитель, времязадающую емкость, зашунтированную разрядным тиристором, подключенным также к трансформатору тока в цепь,которого включены стабилитрон, управляемый ключ, резистор, диод и дополнительный транзистор, вход управляемого ключа подсоединен к 0 выходу реле времени, один выход управляемого ключа через стабилитрон подсоединен к эмиттеру транзисторного ключа, а другой -через резистор подключен к эмиттеру того же ключа, причем общая точка соединения выхода управляемого ключа и резистора 5 подключена к катоду диода и к базе дополнительного транзистора, анод диода соединен с эмиттером последнего, при этом коллектор дополнительного транзистора подсоединен к управляющему электроду разрядного тиристора.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит силовой коммутационный аппарат, катушка 1 которого подключается к питающей сети с помощью кнопок «Пуск 2 и «Стоп 3. Силовой контакт 4 коммутационного аппарата служит для защитного отключения сварочного трансформатора 5 от питающего напряжения, а блокировочный контакт 6 обеспечивает питание катущки после разрыва контактов кнопки «Пуск. Регулятор питающего напряжения выполнен на симисторе 7 и системе 8 фазового управления. Схема содержит также 5 блок 9 питания, имеющий два выхода. К одному из них подключена система фазового управления, а к друго му - реле 10 времени. Датчиком является трансформатор 11 тока, включенный в цепь сварочного тока. Трансформатор тока имеет две обмотки. Одна (12) подключена на вход реле времени, а другая (13) - к выпрямительному мосту 14.

Устройство снабжено также реле защиты, катушка 15 которого включена на выход транзисторного ключа, выполненного на транзисторе 16, резисторах 17 и 18 и стабилитроне 19, который выполняет роль элемента цепи смещения. Контакт 20 реле защиты включен в цепь питания катущки 1 силового, коммутационного аппарата. Транзисторный ключ питается от вьшрямителя 21, присоединенного к первичной обмотке сварочного трансформатора 5. Емкость 22, подключенная к выпрямителю 2.1, и емкость 23, шунтирующая катущку 15 реле защиты, предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

Стабилитрон 24 предназначен для ограничения амплитуды напряжения, питающего транзисторный ключ с реле защиты.

Времязадающая емкость 25 защунтирована разрядным тиристором 26, управляющий переход которого подключен к трансформатору 11 тока через выпрямитель 14. Со стороны положительной- обкладки емкости 25 включен диод 27, зашунтираванный в обратном направлении эмиттер-базовым переходом транзистора 28, база которого и эмиттер транзистора 16 соединены резистором 29. Емкость 25 присоединена к входу транзисторного ключа через управляемый ключ 30, присоединенный к выходу реле 10 времени. Меж.цу управляемым ключом 30 и положительным полюсом выпрямителя 21 включен резистор 31 и диод 32.

Устройство работает следующим образом.

При включении кнопки 2 «Пуск напряжение сети поступает на катушку 1 силового коммутационного аппарата, в результате чего замыкается силовой 4 и блокировочный 6 контакты.

Если это не сопровождается появлением выходного сигнала у реле времени, то система 8 фазового управления сразу же начинает формировать импульсы, обеспечивающие частичное открытие симистора 7 в оба полупериода напряжени5 сети, и в сварочную цепь поступает оперативное напряжение

Поскольку выходной сигнал с реле 10 времени отсутствует, то управляемый ключ 30 закрыт, и. подключение времязадающей емкости 25 к выпрямленному напряжению моста 21 не происходит. Поэтому величина оперативного напряжения сразу же контролируется реле защиты. В случае, если после включения устройства в работу шк при дальнейшей его работе величина этого напряжения превь1щает безопасное значение, то по цепиплюс выпрямителя 21,, резистор 31, диод 32, стабилитрон 19, выполяющий роль элемента смещения, эмиттер-коллектор транзистора 16, катушка 15 реле защиты,;минус выпрямителя 21, происходит срабатывание реле защиты, которое своим размыкающим

контактом 20 производит отключение сварочного трансформатора 5 от сети. Время такого отключения не превышает 0,1 с. Это время является достаточным для обеспечения электробезопасности и предупреждения последствий аварийной ситуации, которая возникает при резком возрастании первичного тока сварочного трансформатора в случае возникновения в нем постоянной составляющей.

Если включение реле 10 времени в работу сопровождается появлением сигнала на его выходе при отсутствии сигнала на входе, система 8 фазового управления под воздействием реле 10 времени сразу же начинает формировать в сварочной цепи полное рабочее напряжение. Одновременно сигнал в реле 10 времени поступает на управляемый ключ 30, который присоединяет в базовую цепь транзистора 16 времязадающую емкость 25, находящуюся в разряженном состоянии. Поскольку в эмиттерную:цепь транзистора 16 подается напряжение смещения от стабилитрона 19, то после подключения емкости 25, транзистор закрывается, а реле 15 защиты обесточивается. С этого момента длительность времени существования напряжения холостого хода сварочного трансформатора контролируется реле защиты. Если это время оказывается большим, чем заданная выдержка времени на срабатывание защитного реле, то реле срабатывает и производит отключение сварочного трансформатора 5 от сети. Выдержка времени на срабатывание защитного реле определяется величиной напряжения стабилизации стабилитрона 17 и постоянной заряда времязадающей емкости 25 через резистор 31, диод 32, управляемый ключ 30 и диод 27.

-,

Если же время существования напряжения холостого хода сварочного трансформатора меньше заданной выдержки времени на срабатывание защитного реле 15, то реле 10 времени одновременно прекращает свое воздействие на систему 8 фазового управления и управляемый ключ 30. В результате на сварочном трансформаторе 5 оперативное напряжение сменяет рабочее, а цепь заряда времязадающей емкости 25 у защитного реле прерывается. Транзисторный ключ снова открывается, а на защитное реле 15 поступает оперативное напряжение. После выключения управляемого ключа 30 ток через времязадающую емкость 25 меняет свое направление и начинает проходить через эмиттер-базовый переход транзистора 28, резистор 29 и эмиттербазовый переход транзистора 16. В результате транзистор 28 включает разрядный тиристо} 26, который производит мгновенный разряд времязадающей емкости 25. При заряде этой емкости ток проходит через диод 27, а падение напряжения на нем надежно запирает транзистор 16.

Таким образом, при увеличении оперативного напряжения устройства по любым причинам, его реле 15 защиты срабатывает без выдержки времени, а введение разрядной цепочки для времязадающей емкости 25 этого реле обеспечивает надежную его работу при величине выдержки времени на срабатывание, незначительно отличающейся от заданного времени существования полного напряжения сварочного трансформатора.

При соприкосновении электрода 33 к изделию 34 замыкается сварочная цепь, и с .трансформатора 11 тока поступает сигнал на реле 10 времени, которое воздействует на систему 8 фазового управления. Она переводит симистор 7 в полностью открытое состояние. Если в процессе возбуждения электрической дуги происходит кратковременное замыкание сварочной цепи, то реле 10 времени срабатывает и воздействует на систему 8 фазового управления и реле 15 защиты аналогично предыдущему случаю. Длительность существования полного напряжения холостого хода сварочного трансформатора реле защиты контролируется так же. Если в этот период происходит возбуждение электрической дуги, сигнал с трансформатора 11 тока является достаточным для включения разрядного тиристора 26, который разряжает времязадающую емкость 25 и в течение времени горения электрической дуги удерживает ее в таком состоянии.

При открытом разрядном тршисторе 26 транзистор 16 закрыт, а реле 15 защиты обесточено, т. е. при горении электрической дуги оно заблокировано. После ее разрыва разрядный .тиристор 26 выключается, и реле 15 защиты начинает контроль длительности времени существования полного напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Если оно не превыщает заданное значение,реле 10 времени, возвращаясь в исходное состояние, снимает свое воздействие с системы 8 фазового управления и реле 15 защиты. В результате на сварочном трансформаторе 5 появляется оперативное напряжение, которое сразу же поступает на реле 15 защиты, а его времязадающая емкость 25 отключается и мгновенно разряжается., При повторном замыкании сварочной цепи с любой скважностью входных импульсов работа схемы устройства одинакова, так как разряд емкости 25 не связан с током в сварочной цепи, а осуществляется схемой реле защиты автономно и практически мгновенно, сразу же после снятия сигнала реле 10 времени с управляемого ключа 30.

При снижении сопротивления изоляции

сварочного кабеля ток в нем воздействует через обмотку 12 трансформатора 11 тока, а реле 10 времени, подавая управляющий сигнал на управляемый ключ 30, открывает его. Поскольку включение разрядного тиристора 26 при таких токах не происходит, то реле 15 защиты с заданной выдержкой времени, определяемой временем заряда емкости 25, производит отключение сварочного трансформатора 5 от сети.

Таким образом, устройство осуществляет функциональный контроль за ложной подачей рабочего напряжения в сварочную цепь при замыкании ее в результате повреждения изоляции сварочного кабеля, а ложные срабатывания реле защиты в зависимости от величины, длительности и скважности входных импульсов при производстве сварочных работ отсутствуют.

Таким образом, преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются:

а)отключение сварочного трансформатора без выдержки времени при увеличении оперативного напряжения по любым причинам свыще допустимого значения;

б)отключение сварочного трансформатора при подаче полного рабочего напряжения в сварочную цепь в результате повреждения изоляции сваррчного кабеля;

в)отсутствие ложных отключений сварочного трансформатора в зависимости от величины, длительности и скважности входных импульсов в процессе производства сварочных работ.

Применение устройства позволяет повысить электробезопасность при производстве ручных электросварочных работ в условиях горнорудных предприятий.

Формула изобретения

Устройстро для ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора, содержащее коммутатор с системой фазового управления, реле времени, подключенное в цепь трансформатора тока, реле защиты, подключенное к первичной обмотке сварочного трансформатора через транзисторный ключ и выпрямитель, времязадающую емкость и разрядный тиристор, включенный параллельно последней, атакже подключенные в цепь трансформатора тока стабилитрон, управляемый ключ, резистор, диод и дополнительный транзистор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем устранения ложного срабатывания реле защиты, вход управляемого ключа подсоединен к выходу реле времени, один выход управляемого ключа через стабилитрон подсоединен к эмиттеру транзисторного ключа, а другой через резистор подключен к эмиттеру того же ключа, причем общая точка соединения выхода управляемого ключа и резистора подключена к катоду диода и базе дополнительного транзистора, анод диода соединен с эмиттером последнего, при этом коллектор дополнитель