PL195477B1 - Generator do urządzeń spawających łukiem - Google Patents

Abstract

1. Generator do urzadzen spawajacych lukiem, zawierajacy transformator pradowy z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, który, poprzez uzwojenie wtórne, zasila luk spawalniczy, przy czym uzwojenie pierwotne jest zasilane przez blok falownika z wyso- koczestotliwosciowymi kluczami elektronicznymi, poprzedzany przez blok kondensatorów filtrujacych, które z kolei sa zasilane przez stopien wejsciowego prostownika, znamienny tym, ze stopien wejscio- wego prostownika (101) ma jednostkowy wspólczyn- nik mocy i zawiera przynajmniej jedna cewke induk- cyjna (107; 115, 116, 117) od strony sieci oraz przy- najmniej dwie diody (109, 110; 119, 120, 121) i przy- najmniej dwa klucze elektroniczne (111, 112; 122, 123, 124), po jednym na kazda diode (109, 110; 119, 120, 121), przy czym klucze (111, 112; 122, 123, 124) sa sterowane przez sterownik (125) do pobie- rania pradu przemiennego o przebiegu sinusoidal- nym przez stopien wejsciowego prostownika (101). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek odnosi się do generatora do urządzeń spawających łukiem, zwłaszcza typu elektronicznego, który ma stopień prostownika wejściowego.

Na rysunku jest pokazany klasyczny schemat generatora do urządzeń spawających łukiem zgodnie z dotychczasowym stanem techniki, gdzie pos. 1 przedstawia typowy schemat blokowy generatora do urządzeń spawalniczych, dla którego pobierany prąd z sieci charakteryzuje się dużą zawartością harmonicznych; pos. 2 przedstawia wykres prądu pobieranego przez generator pokazany na pos. 1; pos. 3 - typowy schemat blokowy generatora według dotychczasowego stanu techniki, zawierający blok sterujący, który zapewnia, że pobierany z sieci prąd ma przebieg sinusoidalny w czasie; pos. 4 - wykres natężenia prądu pobieranego przez generator z pos. 3, pos. 5 - szczegółowy schemat stopnia wejściowego prostownika i stopnia sterującego tradycyjnego generatora, typu przedstawionego na pos. 3, z ukazaniem drogi przepływu prądu.

Generator pokazany na pos. 1 zawiera stopień wejściowego prostownika 1, a następnie blok kondensatorów filtrujących 2, z którym połączony jest blok falownika 3 z elektronicznymi kluczami wysokoczęstotliwościowymi; przy czym blok falownika zasila transformator 4, którego wtórne uzwojenie jest połączone ze stopniem prostownika 5, który przy pomocy cewki indukcyjnej 6, służącej do wygładzania prądu wyjściowego, zasila łuk spawalniczy 7.

Generator tego typu pobiera z sieci, podczas pracy prąd, którego przebieg w czasie ma dużą zawartość harmonicznych - przykład przebiegu przedstawiono na pos. 2. Dla przebiegu tego typu uzyskiwany jest niski współczynnik mocy, to jest, jeśli wymagana jest duża wartość mocy użytecznej, konieczne jest pobieranie prądu przemiennego z sieci o dużym natężeniu.

Stanowi to znaczny problem dla zasilania sieciowego, ponieważ wysoka zawartość harmonicznych w pobieranym prądzie ogranicza moc, która może być zapewniana przez generator. Jest to poważna niedogodność, szczególnie podczas stosowania w miejscach, gdzie dostępna jest niska moc, jak na przykład w sieciach domowych.

Wynika to stąd, że duże natężenie prądu przemiennego pobieranego przez generator powoduje uaktywnianie ochrony cieplnej układu nawet wówczas, gdy moc użyteczna sygnału wyjściowego jest mniejsza niż moc tracona w równoważnym obciążeniu rezystancyjnym.

W celu rozwiązania tych problemów, zostały skonstruowane generatory spawalnicze, mające pomocnicze stopnie elektroniczne, które umożliwiają pobieranie prądu przemiennego sinusoidalnego z sieci tak, aby generator działał jak obciążenie rezystancyjne. W ten sposób możliwe jest pobieranie całej dostępnej mocy czynnej.

Typowy schemat znanego generatora mającego taką konfigurację jest pokazany na pos. 3, w którym, dokonana jest zmiana w stosunku do schematu pokazanego na pos. 1, a mianowicie, między stopniem prostownika wejściowego a blokiem kondensatorów filtrujących jest dodany blok 7.

Blok ten, znany jako PFC typu BOOST, zawiera cewkę indukcyjną 71, klucz elektroniczny 72 i diodę 73 dołączoną we wskazany sposób.

Klucz 72 jest sterowany przez odpowiedni blok 74, który umożliwia pobieranie przez generator przemiennego prądu sinusoidalnego, jaki pokazano na pos. 4.

Pos. 5 przedstawia znany obwód odpowiadający generatorowi z pos. 3, który zawiera mostek prostowniczy, wykonany z czterech diod 201, 202, 203 i 204 i cewkę indukcyjną 205, umieszczoną za mostkiem w stosunku do wejścia sieciowego 206, następną diodę 207, kondensator filtrujący 208 i klucz 209, sterowany przez sterownik 210. W przedstawionym etapie prąd płynie przez diodę 201, diodę 207, kondensatory 208 i diodę 204.

Widoczne jest jednak, że wprowadzenie tego bloku pociąga za sobą znaczny wzrost ilości elementów, a zatem i kosztu generatora.

Dodatkowo, zwiększenie ilości elementów powoduje zmniejszenie wydajności w wyniku zwiększenia strat w urządzeniach półprzewodnikowych.

Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie generatora do urządzeń spawających łukiem, w którym wspomniane powyżej problemy są rozwiązane, w szczególności odnośnie optymalizacji działania i wydajności.

Celem niniejszego wynalazku jest też dostarczenie obwodu dla generatora, w którym została zredukowana liczba elementów elektronicznych w celu zmniejszenia kosztów i poprawienia wydajności.

Według wynalazku, generator do urządzeń spawających łukiem, zawierający transformator prądowy z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, który, poprzez uzwojenie wtórne, zasila łuk spawalniczy,

PL 195 477 B1 przy czym uzwojenie pierwotne jest zasilane przez blok falownika z wysokoczęstotliwościowymi kluczami elektronicznymi, poprzedzany przez blok kondensatorów filtrujących, które z kolei są zasilane przez stopień wejściowego prostownika, charakteryzuje się tym, że stopień wejściowego prostownika ma jednostkowy współczynnik mocy i zawiera przynajmniej jedną cewkę indukcyjną od strony sieci oraz przynajmniej dwie diody i przynajmniej dwa elektroniczne klucze, po jednym na każdą diodę, przy czym klucze są sterowane przez sterownik do pobierania prądu przemiennego o przebiegu sinusoidalnym przez stopień wejściowego prostownika.

Korzystnie, stopień wejściowego prostownika zawiera parę diod i parę kluczy elektronicznych, po jednym dla każdej diody. W dowolnym etapie przewodzenia prąd przepływa przez jedną diodę i jeden klucz elektroniczny.

Prąd przemienny o przebiegu sinusoidalnym jest pobierany z sieci.

Stopień wejściowego prostownika korzystnie zawiera trzy cewki indukcyjne, trzy diody i trzy klucze elektroniczne, po jednym dla każdej fazy, sterowane przez sterownik.

W generatorze według wynalazku, zmniejszenie liczby urządzeń półprzewodnikowych z jednej strony redukuje koszt generatora, zaś z drugiej strony zwiększa jego wydajność, ponieważ występują mniejsze straty w półprzewodnikach w wyniku mniejszej ich liczby.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w nie ograniczających przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy generatora według niniejszego wynalazku; fig. 2 przedstawia uproszczony schemat stopnia wejściowego prostownika generatora z fig. 1, w przypadku jednofazowego zasilania; fig. 3 przedstawia uproszczony schemat stopnia wejściowego prostownika generatora z fig. 1, w przypadku trójfazowego zasilania; fig. 4 przedstawia szczegółowy schemat bloku z fig. 2, ilustrujący drogę prądu.

Według towarzyszących rysunków, generator według niniejszego wynalazku jest pokazany na fig. od 1do 4.

Generator jest wykonany z bloków, które na fig. 1 są oznaczone jako stopień wejściowego prostownika 101, blok filtrujących kondensatorów 102, blok falownika z szybkimi kluczami elektronicznymi 103, transformator prądowy 104 i blok zasilania 105 dla łuku spawalniczego 106.

Fragment, który charakteryzuje generator, znajduje się w stopniu wejściowego prostownika 101, który jest pokazany szczegółowo na fig. 2, 3 i 4.

Na figurze 2, blok wejściowy 101 jest pokazany w pierwszym przybliżeniu i odnosi się do generatora o jednofazowym zasilaniu. W tej konfiguracji obwód zawiera cewkę indukcyjną 107, która jest bezpośrednio połączona z wejściem sieci 108.

Cewka indukcyjna 107 jest połączona z dwiema diodami 109 i 110, które są połączone przeciwsobnie, przy czym każda dioda jest połączona z elektronicznym kluczem 111 i 112.

Wyjścia 113 i 114 zasilają blok kondensatorów filtrujących 102. W przypadku trójfazowego zasilania, jak pokazano na fig. 3, są trzy cewki indukcyjne 115, 116 i 117, po jednej na każdą fazę, bezpośrednio połączone z siecią 118.

Każda z cewek indukcyjnych 115, 116 i 117 jest połączona z odpowiednią diodą 119, 120 i 121, przy czym każda dioda jest obsługiwana przez klucz elektroniczny, odpowiednio 122, 123 i 124.

Figura 4 przedstawia dokładniej strukturę stopnia wejściowego prostownika 101, pokazując również sterownik 125, który współpracuje z kluczami 111 i 112.

Jak pokazano linią przerywaną, prąd (w jednym z etapów roboczych) przepływa przez cewkę indukcyjną 107, diodę 109, kondensatory 102 i klucz 112, który jest zamknięty. Podobna droga przepływu występuje, kiedy klucz 111 jest zamknięty i przewodzi dioda 110.

Jak wyraźnie widać w układzie według wynalazku prąd przepływa tylko przez dwa urządzenia półprzewodnikowe, a nie przez trzy, jak w obwodzie wykonanym według dotychczasowego stanu techniki.

Pod względem elementów, chociaż dodany jest szybki klucz, liczba diod została zredukowana do dwóch z pięciu zawartych w układzie według dotychczasowego stanu techniki.

Z powyższego opisu i z rysunków widoczne jest, że założone cele zostały osiągnięte i że w szczególności zapewniono generator do spawania, który pobiera prąd przemienny o przebiegu sinusoidalnym z sieci i charakteryzuje się większą wydajnością i niższym kosztem.

Materiały i elementy mogą być oczywiście dostosowane do rozmiaru generatora.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Generator do urządzeń spawających łukiem, zawierający transformator prądowy z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, który, poprzez uzwojenie wtórne, zasila łuk spawalniczy, przy czym uzwojenie pierwotne jest zasilane przez blok falownika z wysokoczęstotliwościowymi kluczami elektronicznymi, poprzedzany przez blok kondensatorów filtrujących, które z kolei są zasilane przez stopień wejściowego prostownika, znamienny tym, że stopień wejściowego prostownika (101) ma jednostkowy współczynnik mocy i zawiera przynajmniej jedną cewkę indukcyjną (107; 115, 116, 117) od strony sieci oraz przynajmniej dwie diody (109, 110; 119, 120, 121) i przynajmniej dwa klucze elektroniczne (111, 112; 122, 123, 124), po jednym na każdą diodę (109, 110; 119, 120, 121), przy czym klucze (111, 112; 122, 123, 124) są sterowane przez sterownik (125) do pobierania prądu przemiennego o przebiegu sinusoidalnym przez stopień wejściowego prostownika (101).
2. 2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień wejściowego prostownika (101) zawiera parę diod (109, 110) i parę kluczy elektronicznych (111, 112), po jednym dla każdej diody (109, 110).
3. 3. Generator według zastrz. 2, znamienny tym, że w dowolnym etapie przewodzenia prąd przepływa przez jedną diodę (109, 110; 119, 120, 121) i jeden klucz elektroniczny (111, 112; 122, 123, 124).
4. 4. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że prąd przemienny o przebiegu sinusoidalnym jest pobierany z sieci.
5. 5. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień wejściowego prostownika (101) zawiera trzy cewki indukcyjne (115, 116, 117), trzy diody (119, 120, 121) i trzy klucze elektroniczne (122, 123, 124), po jednym dla każdej fazy, sterowane przez sterownik.