Устройство для дуговой сварки Советский патент 1982 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной и других; областях промышленности, а именно для дуговой сварки в защитных газах.

Известно устройство для дуговой сварки, содержащее источник питания, набор рабочих конденсаторов, зарядный контур, выполненный в виде нескольким параллельно включенных зарядных тиристоров, катоды КОТОЕЯЛХ объединены и подключены к отрицательному полюсу источника питания, и разрядг ный контур, выполненный в виде параллельно включенных разрядных тиристоров, аноды которых объединены, а катоды подключены к анодам соответствующих зарядных тиристоров и к одной из обкладок соответствуклцих конденсаторов, а в цепь дуги включены индуктивность и резистор обратной связи, в которое введены ситювые высокочастотные трансформаторы и двухполуперибдные силовые выпрямители, включенные во вторичную цепь соответствующего высокочастотного трансформатора, первичная обмотка которого подключена ко второй из обкладок соответствующего конденсатора.

при этом положительный полюс источйика питания подключен к анодам разрядных тиристоров непосредственно, а двухполупериодные силовые выпрямители подключены через индуктивность и резистор обратной связи к дуговому промежутку.

Известное устройство обеспечивает протекание в сварочной цепи пуль10сирующего тока l.

Однако увеличение выходной (максимф1ьнс«) мощности известного-устройства может быть достигнуто за счет повышения напряжения источника

15 питанияё , емкости рабочих конденсаторов каждой зарядно-разрядной цепочки, увеличения количества параллельных цепочек..

Однако напряжение питающего вы20прямителя при существукмдей промышленной сети 380 В, 50 Гц ограничено величиной порядка 300 в (при однополуперирдном выпрямлении) или порядка 500 В (при двухполупериодном выпрямлении).

Повьааенне мощности устройства за счет увеличения емкости рабочих конденсаторов ограничено по следую30щим причинам. Увеличение емкости приводит к снижению частоты f пульсаций сварочного тока. Работа на ни ких частотах влечет за собой увеличение габаритов трансформаторов и дросселей, и, следовательно, устрой ства в целом.. Кроме того, существует нижний предел частоты пульсаций (порядка 10 кГц) , при котором звуковое излучение дуги оказывает неблагоприятно воздействие на сварщика. Кроме того, в известном устройст ве цепи заряда и разряда рабочих конденсаторов несколько различаются В зарядной цепи имеется дополнитель но активное и реактивное сопротивление питающей сети, в результате чего амплитуда и длительность импул сов зарядного и разрядного тока в первичных обмотках высокочастотных трансформаторов неодинаковы. Это является причиной колебаний амплитуды пульсаций сварочного тока с частото биений /п,где п - количество заряд разрядных цепочек. Как результат, даже при работе на высокой частоте f пульсаций наличие биений амплитуды сварочного тока со сравнительно низкой частотой вызывает возникновение нежелательного для сварщика звукового эффекта. Сила звука пропорциональна мощности, подводимой к дуговому промежутку. Поэтому этот эффект особенно сильно проявляется при работе на больших сварочных тоKak, а исключение этого явления, становится Вс1жной задачей при создании сварочных источников питания большой мощности. Практически увеличение максимальной мощности известного устройства достигается за счет увеличения количества 3арядтно-разрядных цепочек. Это приводит к увеличению габаритов и веса устройства, а также к снижению надежности его работы, что отрицательно сказывается на качестве сварки. Целью изобретения является повыше ние выходной мощности выпрямителя без увеличения весо-габаритных показателей. Поставленная цель достигается тем что в устройство для дуговой сварки преимущественно в среде защитных газов, содержащее выпрямитель со средней точкой, набор цепочек, состоящих из конденсатора и первичной обмотки высокочастотного силового трансформа тора, при этом одна обкладка конденсатора соединена с первичной обмоткой высокочастотного силового трансформатора, тиристоры индуктивности и двухполупериодные сварочные выпрямители, подключенные к клеммам нагру зки, введены разделительнь е диоды, двухполупериодный сварочный выпрямитель выполнен на силовых высокочастотных диодах, а вторичные обмотки высокочастотных трансформаторов выполнены со средней точкой, при.этом другие обкладки конденсаторов одной пары цепочек соединены со средней точкой выпрямителя, а концы первичKUX обмотоК высокочастотных трансФорматоров этой пары цепочек соеди нёны с полюсами двухплечевого выпрямителя через соответственно включенные силовые тиристоры, другие обкладки конденсаторов второй пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя, а концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов этой пары цепочек - со средней точкой выпрямителя через встречко включенные тиристоры, при этом концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов, подсоединенных к одному и тому же плечу выпрямителя, попарно соединены через разделительные диоды, а начала и концы вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов соединены соответственно друг с.другом и подключены через силовые высокочастотные диоды к клемме нагрузки, а средние точки вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов через соответствующие индуктивности соединены с другой клеммой нагрузки. На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжения и тока, поясняющие работу схемы. Устройство содержит бестрансформаторный, питающийся от сети выпрямитель 6 со средней точкой и выходным напряжением каждого плеча . ® тыре цепочки с одинаковыми параметрами (по две в .каждом плече выпрямителя f), каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора С,, (Са, С, Сд) и первичной обмотки W (W,j, W , W) силового высокочастотного трансформатора Тр (Тр,, Тр, , Tj)) , подсоединенной к конденсатору своим началом Н. Свободные обкладки конденсаторов, С и С подключены к средней точке питгиощего выпрямителя . Конец первичной обмотки W трансформатора Тр подключен К отрицательному полюсу выпрямителя С через тиристор Т, а конец первичной обмотки W трансформатора Тр - к положительному полюсу выпрямителя € через тиристор Свободные обкладки конденсаторов С и С подсоединены соответственно к отрицательному и положительному полюсу выпрямителя g.. Концы первичных обмоток V и W соответственно через тиристоры Т и Т. подключены к средней точке выпрямителя -, а также через разделительные диоды Д и

Дj соответственно к концам первичных обмоток Wj| и W высокочастотных трансформаторов Tf и Tpj .

Вторичные обмотки W, , W, w, WL силовых высокочастотных трансформаторов Тр f Рчг Тр, Тр4 выполнены со средней точкой и подключены через двухполупериодные выпрямители, собранные на силовых высокочастот ных. диодах Д,, Д. и Д, Д, к дугому промежутку. При этом начала и концы вторичных обмоток 1, WL трансформаторов Тр , Тр ,питающихся от одного плеча выпрямителя f, соединены попарно-параллельно и через силовые высокочастотные диоды Дд подключены к одному из электродов дугового промежутка. К этому же электроду дугового промежутка подключены через силовые высокочастотные диоды , Д соединенные попарно-параллельно начала и концы вторичных обмоток W, W трансформаторов Тр2 и Тр, питающихся от другого плеча выпрямителя..

Средние.точки вторичных обмоток W, W, W, W4 подсоединены к другому электроду (угового промежутка соответственно через индуктивности L L, L.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t с помощью блока запуска (не показан) открывается тиристор Т и конденсатор C-f заряжается от верхнего плеча выпрямителя t через первичную обмотку W высокочастотного трансформатора Ть. . Одновременно конденсатор С-г,, заряженный в одном из предыдущих циклов работы устройства,.разряжается через тиристор Т, разделительный диод первичную обмотку W высокочастотного трансформатора Т р,

Через время т конденсатор С, вследствие резонансного заряда зарядится до напряжения Uj,U, а конденсатор С,, заряженный ранее до того же напряжения , полностью разрядится. При этом тиристор Т закроется..

В результатезаряда конденсатора С и разряда конденсатора С через первичные обмотки W и W,, протекут импульсы тока Wi, полярности, показанной на фиг.2. Ввиду того, что упомянуте импульсы возникают на обмотках Wy, и W одновременно, через диод двухполуперирдного выпрямителя и нагрузку (дуговой промежуток) протечет суммарнапй импульс тока параллельно включенных на , нагрузку вторичных обмоток WjJ и W трансформаторов Тр и Тр,.

Через время (где tg время восстановления запирающих свойств тиристора в прямом направлении) в момент tg блок запуска . открывает тиристор Т . При этом кон-, денсатор С заряжается от второго (нижнего на фиг.1) плеча выпрямителя 6- через первичную обмотку Wjj 5 трансформатора Тр до напряжения , Vf-fUj. Одновременно ранее заряженный до того же по величине напряжения и конденсатор С раз эяжается через тиристор Т, разделительный

0 диод Дд и первичную обмотку W трансформатора Т . (Разделительные диоды Д.| и Д.}. предотвращают перезаряд емкостей друг на друга через выпрямитель при закрытых тиристорах),

5 В результате заряда конденЪаю.ра С 2 и одновременного разряда кон(денсатора С, через первичные обмотки W и W трансформаторов Тр4 протекают одновременно импульсы0 , 1(рис;2). Суммарный им-; пульс тока на параллельно включенных на нагрузку вторичных обмоток W./ W4 протекает через .ДЙод д вто-. рого двухполупериодного выпрямителя

5 и дуговой промежуток.

В момент t через время Т после открытия тиристора Т блок запуска открывает тиристор Т. Конденсатор С-} заряжается от верхнего плеча вы-

- прямителя с до напряжения Uj.U че рез тиристор Т,, и первичную обмотку W,, трансформатора Тр,.

Одновременно конденсатор С, заряженный ранее до , разряжается через тиристор Т-5, разделительный

5 диод Д и первичную обмотку W. трансформатора Тр . Полярность импульсов тока через обмотки W/, и W теперь противоположна полярности предыдущих импульсс в тока через них. Через диод

0 Д / силового выпрямителя и дуговой промежуток протечет суммарный импульс тока вторичных обмоток W и W трансформаторов Тц, и Тр, . В момент t через время Т после

5 открытия тиристора Т блок запуска открывает тиристор Т. Конденсатор С заряжается через обмотку Wj от нижнего плеча выпрямителя до напряжения Uc.7U,j, а ранее заряженный до

Q того же напряжения U конденсатор Ci разряжается через рбмотку W, разделительный Гдиод Д, и тиристор j f. Полярность импульСЬв тока через I обмотки М и W противополс-кна по лярности предыдущих импульсов тона через них.

Импульсы тока, трансформированные в параллельно включенные вторичные обмотки W и W, складыва0--ются, выпрямляются диодом Д силоЧ вого выпрямителя и проходят через дуговой промежуток.

В момент t через время Т после 5 открытия тиристора Т4 блок запуска открывает тиристор Т и цикл работы устройства повторяется. Таким образом, через первичные обмотки W (W, W,,, W) силовых высокочастотных трансформаторов Tpj, ( г Тр , ) протекает переменный ток. Он трансформируется во вторичные обмотки W (W,, W , W) этих трансформаторов, выпрямляется двухполупериодными силовыми, выпрямителями Д, Д и Д,Д и передает в цепь нагрузки - сварочной дуги. в результате в цепи дуги протекает ток, пульсирующий с частотой . Выходная мощность устройства определяется емкостью конденсаторов С(Ci, Cj,C) напряжением выпрямителя и частотой f запуска тирис торов. Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить требуемое число полупроводниковых элементов и тем самым повысить надежность работы устройства и упростить схему его управления. Кроме того, в устройстве отсутст вует биение амплитуды пульсаций сва рочного тока. Это связано с тем, что импульсы зарядного тока складываются благодаря параллельному вклю чению вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов на нагрузку Таким образом, устройство позволяет исключить неблагоприятное для сваргцика звуковое излучение дуги, связанное с наличием низкочастотной (f/n) составляющей сварочного тока Формула изобретения Устройство для дуговой сварки, преимущественно в среде защитных газов, содержащее выпрямитель, со средней точкой, набор цепочек, сост ящих из конденсатора и первичной об мотки высокочастотного силового тра сформатора, при этом одна обкладка конденсатора соединена с первичной обмоткой высокочастотного силового трансформатора, тиристоры индуктивности и двухполупериодные сварочные выпрямители, подключенные к клеммам нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повьидения выходной мощности выпрямителя без увеличения Becora6apjfTHHX показателей, в него введены разделительные диоды, двухполупериодный сварочный выпрямитель выполнен на силовых высокочастотных диодах, вторичные обмотки высокочастотных трансформаторов выполнены со средней точкой, при этом другие обкладки конденсаторов одной пары цепочек соединены со средней точкой выпрямителя, а концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов этой пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя через соответственно включенные тиристоры, другие обкладки конденсаторов второй пары цепочек соединены с полюсами выпрямителя, а концы первичных об° моток высокочастотных трансформаторов той же пары цепочек - со средней агочкой выпрямителя через встречно включенные тиристоры, при этом концы первичных обмоток высокочастотных трансформаторов, подсоединенных к ОДНОМУ и тому же плечу выпрямителя, попарно соединены через разделительные диоды а начала и концы вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов соединены соответственно друг с другом и подключены через силовые высокочастотные диоды к клемме нагрузки, а средние точки вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов через соответствующие индуктивности соединены с другой нагрузки. Источники информсщии, принятые во внимание при экспер гнзе 1. Авторское свидетельство СССР 739819, кл. В 23 К 9/10, 19.10.78 (прототип).