FI68541C - Stroemaggregat foer baogsvetsning - Google Patents

Description

|·Α§*-··| KUULUTUSjULKAISU

^ (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 6o5 41 C (45) r-tcrt·:! oyC*.juUy 10 10 1985 Patent acddelat (51) Kv.ik.*/lnt.Cl.* B 23 K 9/10 SUOMI — FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 771476 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 10.05.77 (23) Alkupäivä — Giltighettdag 10.05.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig j ] ηη

Patentti- ja rekisterihallitus .... _ ... . . . .....

' ' (44\ Nahtavaksipanon ja kuul.julkaisun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.jkriften publicerad 28.06.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 12.05.76 13.04.77 Eng 1 ant i-England(GB) 19532/76, 19532/76 (70 Thermal Dynamics Corporation, P.O. Box 10, West Lebanon, New Hampshire 03784, USA(US) (72) John Bengt Göran Hedberg, Göteborg, Ruots i-Sver i ge (SE) (74) Berggren Oy Ab (54) Virtalaite kaarihitsausta varten - Strömaggregat för bägsvetsning

Esillä oleva keksintö kohdistuu virtalaitteeseen kaarihitsausta varten, joka on sovitettu syötettäväksi vaihtovirralla ja luovuttamaan tasavirtaa hitsauselektrodeihin, ja joka käsittää ohjatun taajuudenmuuttajän, jonka puolijakson aika alittaa oikosulke-vien hitsauspisaroiden aiheuttamien jännite- ja virtatransient-tien kestoajan ja joka on tasasuuntaajan kanssa sarjassa olevan muuntajan kautta yhdistettävissä hitsauselektrodeihin, ohjauslaitteen muuttajan ohjaamiseksi siten, että kaaren teho pysyy olennaisesti muuttumattomana riippumatta hitsauksen aikana esiintyvistä kuormitusvaihteluista, jolloin virtapulsseja kehittyy muuntajan toisioon vähintään yhden kondensaattorin vuorottelevan latautumisen ja purkautumisen johdosta, joka kondensaattori on kytketty sarjaan muuntajan ensiön kanssa ja purkautuu tämän kautta, tasajänniteväliaste sekä ohjauslaitteen ohjaamia suuntaa jaelementtejä kondensaattorin tai kondensaattoreiden liittämiseksi mainittuun väliasteeseen kondensaattorin lataamiseksi ja purkamiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi ja edullinen edellä selostettua tyyppiä oleva hitsausvirtalaite, jonka avulla hitsaus-työ helpottuu niin, että tyydyttävä hitsaus voidaan suorittaa 2 68541 suhteellisen harjaantumattomalla henkilökunnalla, ja joka myöskin mahdollistaa sovinnaisia, verkkotaajuudella toimivia hitsausvir-talaitteita käyttämällä tähän asti normaalisti suoritettuja vaativammat hitsausoperaatiot.

Tämän tarkoituksen täyttämiseksi on keksinnölle tunnusomaista, että johdannossa mainittua tyyppiä oleva virtalaite käsittää virtalaitteen virransyötöstä riippuvan värähtelijän, joka siten kehittää suuntaajaelementtien kytkennän määrääviä pulsseja, että suuntaajaelementit saavat aikaan kondensaattorin tai kondensaat-toreiden vuorottelevan latautumisen ja purkautumisen taajuudella, joka on olennaisesti kääntäen verrannollinen virtalaitteeseen tai muuttajan kondensaattoriin tai kondensaattoreihin syötetyn jännitteen neliöön. Tämän järjestelyn avulla saadaan erittäin vakaa ja rauhallinen valokaari riippumatta pienehköistä elektrodin ja työkappaleen välisen etäisyyden vaihteluista sekä oiko-sulkutapauksissa, joita aiheuttavat hitsauspisarat, rauhallinen kaaren jälleensyttyminen vähäisellä dynaamisella vaikutuksella sulaan materiaaliin.

Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot selviävät epäitsenäisistä vaatimuksista 2-5.

Keksintöä tullaan seuraavassa selostamaan lähemmin viitaten joukkoon oheisessa piirustuksessa kaaviomaisesti esitettyjä suoritus-esimerkkejä, jolloin myöskin keksinnön muut piirteet ja edut tulevat ilmenemään. Kuvio 1 on kytkentäkaavio vaihtovirralla syötetystä virtalaitteesta kaarihitsausta varten, jolloin laitteessa on sen tyyppinen taajuudenmuuttaja, jota edullisesti voidaan käyttää keksinnön yhteydessä. Kuvio 2 on kytkentäkaavio yhteistoimintaan kuvion 1 mukaisen virtalaitteen kanssa tarkoitetusta ohjaus-piiristä. Kuvio 3 esittää sellaisten jännitteiden ja virtojen käyriä, jotka esiintyvät virtalaitteessa normaalikäytössä.

Kuviossa 1 esitetty virtalaite on kohdassa 10 yhdistetty kolmivaiheiseen vaihtovirtaverkkoon. Tuleva virta tasasuunnataan kuusi-pulssitasasuuntaajassa 11, jolloin johtoon 12, 13 ulostuleva li 3 68541 tasasuunnattu jännite tasoitetaan puskurikondensaattorilla 14 ja johdetaan taajuudenmuuttajaan, jolla on komponenttien 11-14 esitetyn järjestelyn seurauksena alhainen sisäänmenoimpedanssi'.

Taajuudenmuuttajän vaihtosuuntauselementit muodostuvat esitetyssä esimerkissä tyristoreista 15, 16, joita ohjataan niin, että ne syttyvät vuorotellen. Taajuudenmuuttaja on sovitettu yhteen muuntajan kanssa, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 17 ja jonka ensiökäämi 18 on kytketty sarjaan taajuudenmuuttajaan kuuluvan työnkondensaattorin 19, 20 kanssa. Muuntajan 17 toisio-käämi 21 on tasasuuntaussillan 22 ja kuristimen 29 kautta yhdistetty hitsauselektrodien pinteisiin 24, 25, jotka voidaan yhdistää hitsauselektrodin pitimeen ja hitsattavaan työkappaleeseen. Pinteiden 24, 25 väliin on esitetyllä tavalla kytketty kondensaattori 26, jota käytetään halutun tyhjäkäyntijännitteen ylläpitämiseksi. Lisäksi voi rinnakkaiselementti 27 olla sovitettu kuormitusvirran mittaamiseksi.

Vaihtelevalla syöttöjännitteellä ja vakiomuuntotaajuudella antaa selostettu muuttaja antotehon, joka vaihtelee suurinpiirtein pinteiden 10 välisen syöttö jännitteen U-^g neliön suhteessa. Mikäli virtalaitteen antoteho halutaan pysyttää suurinpiirtein vakiona, riippumatta syöttöjännitteen vaihteluista, on muuttajan taajuus 2 vaihdeltava i/U ^g suhteessa.

Kuviossa 2 esitetään ohjauselin, joka on sovitettu ohjaamaan taajuuden muuttajaa siten, että kaariteho on olennaisesti vakio riippumatta hitsauksen aiheuttamista kuormitusmuutoksista ja syöttö-jännitteen muutoksista. Tämä ohjauselin käsittää potentiometrin 33 ja värähtelijän 34, jolloin potentiometri on sovitettu ohjaamaan värähtelijän 34 työtaajuutta. Potentiometri 33 on kytketty maan ja negatiivisen jännitelähteen välille, joka vaihtelee olennaisesti käänteisesti verrannollisesti taajuudenmuuttajaan syötetyn jännitteen neliöön.

Esitetyssä suoritusmuodossa käsittää ohjauselin edelleen kiinteän negatiivisen potentiaalin 335 ja kuormitusvastuksen 331, jotka on __ - I! 4 68541 kytketty sarjaan potentiometrin 33 kanssa. Syöttö jännite U^q viedään muuntajan 334 ensiöpuolelle, jonka muuntajan toisiopuoli on kytketty tasasuuntaajan 333 kautta tasauskondensaattoriin 332 ja mainittuun kuormitusvastukseen 331. Komponentit on mitoitettu siten, että vastuksen 331 yli vaikuttava jännite on noin kaksi kertaa suurempi kuin potentiometrin 33 yli oleva jännite. Vastuksen 331 yli oleva jännite vaihtelee täten suhteessa, joka vuorostaan merkitsee, että potentiometrin 33 yli oleva jännite 2 vaihtelee suunnilleen 1/U ^ suhteessa niin kauan kuin syöttöjän- nitteen vaihtelut ovat pieniä, esimerkiksi alle +-5 %. Potentio- 2 metrin 33 ohjaama värähtelijän 34 taajuus vaihtelee täten 1/U ^ suhteessa. Sen sijasta että käytettäisiin ohjausjännitesig- naalina on tietysti mahdollista käyttää esimerkiksi jännitettä joka viedään kondensaattoriin tai kondensaattoreihin 19 ja 20. Oskillaattori 34 käsittää integrointipiirin, joka muodostuu vahvistimesta 340, vastuksista 341 ja 342 sekä kondensaattorista 343, sekä tasodiskriminaattorin 344 siihen kuuluvine vertailu-vastuksineen 345, 346, jolloin vastus 345 on yhdistetty integrointipiirin ulostuloon ja vastus 346 on yhdistetty jännitelähteeseen, jonka negatiivinen jännite on kiinteä. Vahvistin 340 ohjautuu positiiviseen suuntaan potentiometristä 32 tulevalla ohjaussignaalilla sekä negatiiviseen suuntaa alempana selostetun monostabiilin multivibraattorin 50 Q ulostulosta tulevalla signaalilla. Halutun maksimaalisen ulostulojännitteen säätämiseksi virtalaitteesta on sovitettu jännittenasetteluelin 35, joka on potentiometrin muodossa, joka on vertailuvastuksen 36 kautta yhdistetty toisaalta virtalaitteen pinteeseen 25, toisaalta taso-diskriminaattorina toimivaan vahvistimeen 37.

Tyristorien 15, 16 tilan valvomiseksi on järjestetty tunnustelu-piiri, käsittäen muuntajan 38, jonka ensiöpuoli on diodien 39, 40 kautta yhdistetty tyristorien 15, 16 anodeihin , A2 ja kato-deihin , Muuntajan 38 toisiopuolen toinen pää on maadoitet tu ja toinen pää on yhdistetty vertailupiiriin, joka käsittää kaksi vastusta 41, 42, jolloin vastuksen 42 toinen pää on yhdistetty vakiosuuruiseen negatiiviseen jännitteeseen. Vastuksien 41, 42 yhdyspiste on edelleen yhdistetty vahvistimeen 43, joka toimii tasodiskriminaattorina ja jonka vaihtopisteen määräävät 5 68541 vastukset 41, 42 sekä mainittu vakiosuuruinen negatiivinen jännite. Vahvistimet 344, 37 ja 43 ovat yhdistetyt kukin omaan JA-portin 48 sisäänmenoon 45, 46, 47, joka portti toimii tavanomaiseen tapaan. Jotta JA-portti 48 antaisi ulostulosignaalin, vaaditaan siten, että vahvistimesta 344 saatu ulostulosignaali on positiivinen. Edelleen vaaditaan vastaavalla tavalla, että vahvistimen 37 ulostulosignaali on positiivinen, ts. että pinteessä 25 esiintyvä kuormituksen jännite alittaa asettelulaitteessa 35 säädetyn ohjearvon. Lopuksi vaaditaan, että vahvistimen 43 ulostulosignaali on positiivinen, mikä merkitsee sitä, että jomman kumman tyristorin 15 tai 16 anodijännite on negatiivinen katodiin nähden, mikä vuorostaan on kriteerinä sille, että molemmat tyristorit 15 ja 16 ovat lakanneet johtamasta virtaa.

JA-portti 48 on yhdistetty monostabiiliin multivibraattoriin 50, jonka ennakolta määrätty pulssin pituus vastaa tyristorien 15, 16 lepoaikaa, esimerkiksi 30 mikrosekuntia. Multivibraatto-rin 50 ulostuloon Q saadaan siten positiivinen jännitepulssi ajaksi, joka vastaa tyristorien 15, 16 lepoaikaa. Tämä pulssi johdetaan paitsi vastukseen 342 myöskin JK-multivibraattorin 51 triggaussisäänmenoon T, jolloin JK-multivibraattorin 51 ulostulo vaihtuu multivibraattorista 50 saadun pulssin lopulla. JK-multivibraattorin 51 ulostulot Q, Q ovat kondensaattorien 52, 53 kautta yhdistetyt kukin transistorin 54, 55 kantaan. Transistorien 54, 55 emitterit ovat yhdistetyt maahan, kun taas niiden kollektorit ovat yhdistetyt kumpikin oman tyristoreita 15, 16 varten tarkoitetun sytytysmuuntajän 56, 57 ensiökäämityk-seen. Ensiökäämien toinen pää on yhdistetty ennakolta määrätyn positiivisen potentiaalin omaavaan pinteeseen, ja toisio-käämien päät ovat yhdistetyt kyseisen tyristorin 15 tai 16 katodiin K^ tai 3a hilaan tai G2. JK-multivibraattorin 51 ulostuloista saatavat signaalit tulevat vuorotellen kondensaattorien 52, 53 kautta tekemään transistorit 54, 55 johtaviksi kondensaattorien 52, 53 ennakolta määräämäksi lyhyeksi ajaksi, jolloin tyristorit 15, 16 vuorotellen saavat lyhyen sytytys-pulssin ja siten vuorotellen syöttävät muuntajan 17 ensiökää-miin 18 vaihtovirtaa, jonka taajuuden määräävät JA-portin 48 6 68541 liitäntöihin 45, 46, 47 tulevat signaalit. Tällä sovitelmalla voidaan toivottu, olennaisesti vakio kaariteho säätää ainoastaan potentiometrin 33 vastaavalla säätämisellä.

Kuvio 3 esittää jännitteitä U^q, pisteissä 60, 61 sekä jän nitettä U^g muuntajan 17 ensiökäämin 18 yli kuvioiden 1 ja 2 esittämän virtalaitteen ulostulossa normaalikuormituksella. Kuvio 3 esittää lisäksi ulostulovirtaa I25 pinteen 25 läpi sekä ulostulovirtoja ja (viimemainittu katkoviivalla) tyris toreista 15, 16. Kuviossa 3 esittää merkki t^ ajankohtaa, jolloin tyristori 15 syttyy, t2 ajankohtaa, jolloin tyristori 15 tulee virrattomaksi saaden negatiivisen jännitteen anodin A-^ ja katodin K^ välille johtuen muuntajan 17 ensiökäämin 18 ja kondensaattorien 19, 20 muodostamasta värähtelypiiristä, t^ ajankohtaa, jolloin tyristori 16 syttyy, ja t^ ajankohtaa, jolloin tyristori 16 tulee virrattomaksi saaden negatiivisen anodi jännitteen johtuen mainitusta värähtelypiiristä 18, 19, 20. Edelleen esittää t,- ajankohtaa, jolloin tyristori 15 jälleen syttyy, jolloin tapahtuma toistuu niin kauan kuin kuormitus on olennaisesti muuttumaton.

Keksintö ei luonnollisestikaan rajoitu piirustuksessa esitettyyn taajuudenmuuttajatyyppiin, vaan sitä voidaan soveltaa muun tyyppisten taajuudenmuuttajien yhteydessä, esimerkiksi sellaisten, joissa on kiihdytetty kommuntointi tai ohjatut tasajänni-teväliasteet. Tämän lisäksi voidaan ajatella lukuisia muita muunnelmia seuraavien patenttivaatimuksien puitteissa.

11

Claims (5)

7 68541

1. Virtalaite kaarihitsausta varten, joka on sovitettu syötettäväksi vaihtovirralla ja luovuttamaan tasavirtaa hitsauselektro-deihin (24, 25), ja joka käsittää ohjatun taajuudenmuuttajan, jonka puolijakson aika alittaa oikosulkevien hitsauspisaroiden aiheuttamien jännite- ja virtatransienttien kestoajan ja joka on tasasuuntaajan (22) kanssa sarjassa olevan muuntajan (17) kautta yhdistettävissä hitsauselektrodeihin (24, 25), ohjauslaitteen (kuvio 2) muuttajan ohjaamiseksi siten, että kaaren teho pysyy olennaisesti muuttumattomana riippumatta hitsauksen aikana esiintyvistä kuormi-tusvaihteluista, jolloin virtapulsseja kehittyy muuntajan (17) toi-sioon (21) vähintään yhden kondensaattorin (19, 20) vuorottelevan latautumisen ja purkautumisen johdosta, joka kondensaattori (19, 20) on kytketty sarjaan muuntajan ensiön (18) kanssa ja purkautuu tämän kautta, tasajänniteväliaste (11, 14) sekä ohjauslaitteen ohjaamia suuntaajaelementtejä (15, 16) kondensaattorin tai kondensaatto-reiden (19, 20) liittämiseksi mainittuun väliasteeseen (11, 14) kondensaattorin lataamiseksi ja purkamiseksi, tunnettu siitä, että ohjauslaite käsittää virtalaitteen virransyötöstä riippuvan värähtelijän (34), joka siten kehittää suuntaajaelement-tien (15, 16) kytkennän määrääviä pulsseja, että suuntaajaelemen-tit saavat aikaan kondensaattorin tai kondensaattoreiden (19, 20) vuorottelevan latautumisen ja purkautumisen taajuudella, joka on olennaisesti kääntäen verrannollinen virtalaitteeseen tai muuttajan kondensaattoriin tai kondensaattoreihin syötetyn jännitteen neliöön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtalaite, tunnettu siitä, että mainittu värähtelijä on jänniteohjattu, siten että se kehittää mainittuja pulsseja tämän sisääntulojännitteen määräämällä taajuudella, ja että ohjauslaite lisäksi käsittää jännitteen-kehittävän laitteen (33, 331-335), joka on järjestetty vastaanottamaan jännitteen, joka on olennaisesti verrannollinen virtalaitteeseen syötettyyn jännitteeseen, ja jonka ulostulo on kytketty mainittuun värähtelijään (34) tämän syöttämiseksi jännitteellä, joka on olennaisesti kääntäen verrannollinen virtalaitteeseen syötetyn jännitteen neliöön.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtalaite, tunnettu siitä, että mainittu suuntaajaelementti (15, 16) koostuu ensimmäi 8 68541 sistä ja toisista tyristoreista ja että ohjauslaite lisäksi käsittää tyristorisytytinpiirin (50-57) mainittujen tyristoreiden (15, 16) saattamiseksi vuorottelevasti johtavaan tilaansa vastaamaan kuhunkin syötettyyn sytytyspulssiin sekä jänniteohjattuun värähtelijään (34) ja tyristorisytytinpiiriin liitetty veräjälaite (48), joka ollessaan estotilassa johtaa värähtelijän kehittämiä pulsseja, kuten sytytyspulsseja, tyristorisytytinpiirille.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen virtalaite, tunnettu siitä, että ohjauslaite lisäksi käsittää ensimmäisen tunnistinpii-rin (39, 43), joka on kytketty tyristoreiden (15, 16) ja veräjä-laitteen (48) väliin ja joka on järjestetty aina estämään jälkimmäistä paitsi jos jommankumman tyristorin anodijännite on negatiivinen verrattuna katodijännitteeseen, siten ettei mikään tyristori voi saada sytytinpulssia ennenkuin aikaisemmin johtanut tyristori on lakannut johtamasta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen virtalaite, tunnettu siitä, että ohjauslaite lisäksi käsittää toisen tunnistinpiirin (35, 36, 37), joka on järjestetty estämään veräjälaitteen (48) mikäli hitsauselektrodeihin (24, 25) syötetty jännite ylittää ennalta määrätyn maksimiarvon.