PL201649B1

PL201649B1 - Sposób i układ do wytwarzania prądu spawania

Info

Publication number: PL201649B1
Application number: PL337919A
Authority: PL
Inventors: Elliott K. Stava
Original assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2009-04-30
Also published as: DE60018826D1; SG87881A1; DE60018826T2; PL337919A1; MY133203A; JP3321449B2; AU729425B2; AU1005600A; EP1023965A3; JP2000210770A; CN1261016A; TR199903217A3; DK1023965T3; RU2210474C2; ES2239944T3; EP1023965B1; CA2293183A1; CA2293183C; NZ502257A; KR20000076480A

Abstract

Przedstawiono sposób wytwarzania pr adu spawania w postaci kolejnych impulsów pr adowych o pewnej maksy- malnej warto sci pr adu i zboczu opadaj acym w uk ladzie posiadaj acym inwerter. Impulsy przesy la si e przez obwód szeregowy zawieraj acy cewk e indukcyjn a, wyj sciowy prze- lacznik mocy i elektrod e, któr a kontaktuje si e ze spawanym materia lem i generuje si e sygna l wy laczaj acy inwerter i odcinaj acy pr ad od jego co najmniej pierwszego zacisku wyj sciowego przesuwaj ac impuls pr adowy w kierunku stanu wy laczenia. Mierzy si e chwilow a wartosc pr adu spawania i wytwarza si e sygna l niskopr adowy w momencie, kiedy wartosc chwilowa pr adu równa jest pewnej zadanej warto- sci znacz aco ni zszej od warto sci maksymalnej. Pod wp ly- wem wygenerowania sygna lu niskopr adowego, po wytwo- rzeniu sygna lu wy laczaj acego, wytwarza si e drugi sygna l steruj acy, za pomoc a którego przelacza si e przelacznik tranzystorowy (SW1) ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia przy warto sci pr adu spawania równej wcze sniej zadanej warto sci, i doprowadza si e dodatnie impulsy pr adu poprzez jedn a cz esc cewki indukcyjnej oraz elektrod e (E) polaczon a szeregowo ze spawanym materia- lem (W) poprzez zamkni ecie pierwszego prze lacznika tranzystorowego (SW1) pod wp lywem odebrania pierwsze- go sygna lu steruj acego, a ujemne impulsy pr adu doprowa- dza si e do drugiej cz esci cewki oraz elektrody (E) poprzez zamkni ecie drugiego przelacznika tranzystorowego (SW2) pod wp lywem odebrania drugiego sygna lu steruj acego, . . . PL PL PL PL

Description

(21) Numer zgłoszenia: 337919 (51) Int.Cl.

B23K 9/09 (2006.01) H02M 7/162 (2007.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 19.01.2000 (54)

Sposób i układ do wytwarzania prądu spawania

(30) Pierwszeństwo: 19.01.1999,US,09/233,235	(73) Uprawniony z patentu: Lincoln Global Inc.,Cleveland,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 31.07.2000 BUP 16/00	(72) Twórca(y) wynalazku: Elliott K. Stava,Sagemore Hills,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Słomińska-Dziubek Anna, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) Przedstawiono sposób wytwarzania prądu spawania w postaci kolejnych impulsów prądowych o pewnej maksymalnej wartości prądu i zboczu opadającym w układzie posiadającym inwerter. Impulsy przesyła się przez obwód szeregowy zawierający cewkę indukcyjną, wyjściowy przełącznik mocy i elektrodę, którą kontaktuje się ze spawanym materiałem i generuje się sygnał wyłączający inwerter i odcinający prą d od jego co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego przesuwając impuls prądowy w kierunku stanu wyłączenia. Mierzy się chwilową wartość prądu spawania i wytwarza się sygnał niskoprą dowy w momencie, kiedy wartość chwilowa prądu równa jest pewnej zadanej wartości znacząco niższej od wartości maksymalnej. Pod wpływem wygenerowania sygnału niskoprądowego, po wytworzeniu sygnału wyłączającego, wytwarza się drugi sygnał sterujący, za pomocą którego przełącza się przełącznik tranzystorowy (SW1) ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia przy wartości prądu spawania równej wcześniej zadanej wartości, i doprowadza się dodatnie impulsy prądu poprzez jedną część cewki indukcyjnej oraz elektrodę (E) połączoną szeregowo ze spawanym materiałem (W) poprzez zamknięcie pierwszego przełącznika tranzystorowego (SW1) pod wpływem odebrania pierwszego sygnału sterującego, a ujemne impulsy prądu doprowadza się do drugiej części cewki oraz elektrody (E) poprzez zamknięcie drugiego przełącznika tranzystorowego (SW2) pod wpływem odebrania drugiego sygnału sterującego, . . .

||

PL 201 649 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wytwarzania prądu spawania, zwłaszcza prądu o wysokim natężeniu w postaci nastę pują cych kolejno impulsów prą dowych.

W celu realizacji spawania zmiennoprą dowego, w szczególności spawania zmiennoprą dowego typu MIG, zaproponowano wykorzystanie wyjściowego transformatora sprzęgającego dla stopnia wyjściowego inwertera w postaci sieciowego przełącznika tranzystorowego z uzwojeniem wtórnym na wyjściu transformatora tak, aby wytworzyć zacisk w ogólności dodatni oraz zacisk ujemny. Wykorzystując cewkę indukcyjną i dwa przełączniki tranzystorowe, można skierować dodatni impuls prądu wyprzedzający impuls ujemny do procesu spawania. Dodatni impuls prądu zostaje wytworzony przez zamknięcie pierwszego przełącznika sprzęgając dodatnią końcówkę z wyjścia inwertera poprzez elektrodę i spawany materiał z ujemnym lub uziemionym zaciskiem. W celu odwrócenia kierunku przepływu prądu i wytworzeniu ujemnego impulsu prądowego, spawany materiał podłączany jest do ujemnego zacisku na wyjściu inwertera za pomocą drugiego przełącznika tranzystorowego. Każdy z przełączników tranzystorowych połączony jest szeregowo z elektrodą i spawanym materiałem oraz częścią podtrzymującej prąd cewki indukcyjnej. Poprzez naprzemienne zamykanie pierwszego przełącznika przy otwartym drugim i otwieranie pierwszego przy zamkniętym drugim uzyskuje się proces spawania zmiennoprądowego. Na proces ten składa się przepływ następujących po sobie dodatnich i ujemnych impulsów prądu. Znane są urządzenia do spawania zmiennoprądowego, jednakże w sytuacji, gdy prąd spawania osiąga dużą wartość, powyżej około 200 amperów, układy gasikowe równoległe do pierwszego i drugiego przełącznika stają się bardzo duże. Gasiki te muszą wytrzymać i wygasić wysokie napięcie pojawiające się na końcówkach przełączników w momencie, gdy jeden z impulsów został wyłączony, a drugi włączony. Inwerterowe układy zasilania do spawania wysokoprądowego tego typu są skuteczne w spawaniu zmiennoprądowym w łuku elektrycznym tak długo dopóki wysokie napięcia pojawiające się podczas operacji przełączania z jednej polaryzacji do przeciwnej mogą być odpowiednio obsługiwane. Była to znacząca wada inwerterowych zasilaczy do spawania wysokoprądowego.

Znane są inwertery typu przełącznika tranzystorowego dla konwersji i przeniesienia trzyfazowego źródła wejściowego do transformatora sprzęgającego, z którego wyjściowy sygnał zmienny inwertera może zostać wyprostowany, tak aby umożliwić przepływ prądu pomiędzy elektrodą a spawanym materiałem. Inwertery takie wykorzystują modulator szerokości impulsów działający przy częstotliwościach ponad 18 kHz w celu sterowania wielkością prądu spawania. Z opisów patentowych USA nr 5 349 157 i nr 5 351 175 znany jest inwerter trzyfazowy z prądem sterowanym przez wysokoczęstotliwościowy modulator szerokości impulsów kierujący impulsy prądowe do wyjścia transformatora tego inwertera. Patenty powyższe przedstawiają koncepcję inwertera trzyfazowego wykorzystującego modulator szerokości impulsów ze wzmacniaczem błędu do sterowania prądem na wyjściu inwertera, który to prąd bierze udział w procesie spawania.

W znanych rozwiązaniach przełączanie prą dów spawania o dużych wartościach wytwarzanych za pomocą inwertera przełączającego sterowanego przez modulator szerokości impulsów powoduje pojawienie się wysokich napięć wynikających z indukcyjnej reaktancji w procesie spawania oraz z szybkości z jaką prąd musi zostać przełączony mię dzy różnymi polaryzacjami. Napięcie zaindukowane w trakcie przejścia pomiędzy polaryzacją dodatnią i negatywną w spawarce zmiennoprądowej typu zdefiniowanego powyżej, równe jest reaktancji indukcyjnej mnożonej przez pochodną prądu. Tak więc napięcie to może być bardzo trudne do ograniczenia. Z tego powodu w celu redukcji lub kontroli napięcia zaindukowanego w trakcie przełączania dużych prądów spawania między różnymi polaryzacjami wykorzystywano różnie zaprojektowane obwody gasików absorbujących energię. Przez pojęcie duży prąd rozumie się tutaj wartości w ogólnym przypadku większe od 200 amperów i przekraczające nieraz 1000-1200 amperów. Obwody gasików niezbędne, aby wytłumić owe wysokie napięcia wymagają albo ponoszenia dużych strat mocy i/lub wysokich kosztów. To wysokie napięcie ma wartość indukcyjności obwodu spawania pomnożonej przez zmianę chwilowej wartości prądu na jednostkę czasu w trakcie operacji przełączania. Ze względu na to, że tranzystory użyte na wyjściu inwertera mają ustalony czas niezbędny do wyłączenia przełącznika i wstrzymania przepływu prądu, indukowane napięcie, które musi zostać wytłumione przez gasik jest proporcjonalne do wielkości prądu w czasie kiedy przełącznik zaczyna się wyłączać oraz w czasie przejścia między włączeniem, a wyłączeniem. Z tego powodu, w przeszłości, układy używane w zastosowaniach wymagających przełączania dużych prądów, takich jak spawarki w łuku elektrycznym, zawierały drobiazgowo zaprojektowane

PL 201 649 B1 konstrukcje gasików, jak to wskazano powyżej, mające na celu wytłumienie impulsów wysokiego napięcia pojawiających się w trakcie wyłączania przełącznika.

Według wynalazku, sposób wytwarzania prądu spawania, w którym wytwarza się prąd spawania w postaci kolejnych impulsów prądowych o pewnej maksymalnej wartości prądu i zboczu opadającym w układzie do wytwarzania prądu spawania posiadającym inwerter z wejściem podłączonym do źródła prądu i mającym co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy odpowiadający pierwszej polaryzacji, kiedy inwerter jest włączony, przy czym te impulsy przesyła się przez obwód szeregowy zawierający cewkę indukcyjną, wyjściowy przełącznik mocy i elektrodę, którą kontaktuje się ze spawanym materiałem i za pomocą urządzenia sterującego układu do wytwarzania prądu spawania generuje się sygnał wyłączający inwerter i odcinający prąd od jego co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego przesuwając impuls prądowy w kierunku stanu wyłączenia, a co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy inwertera łączy się z wyjściowym przełącznikiem mocy zawierającym co najmniej pierwszy przełącznik tranzystorowy, który ma określony warunek przewodzenia prądu z co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego inwertera pod wpływem wygenerowania pierwszego sygnału sterującego i ma określony warunek nieprzewodzenia blokujący przepływ prądu pod wpływem generacji drugiego sygnału sterującego, po czym mierzy się chwilową wartość prądu spawania i wytwarza się sygnał niskoprądowy w momencie, kiedy wartość chwilowa prądu równa jest pewnej zadanej wartości znacząco niższej od wartości maksymalnej, charakteryzuje się tym, że pod wpływem wygenerowania sygnału niskoprądowego, po wytworzeniu sygnału wyłączającego, wytwarza się drugi sygnał sterujący, za pomocą którego przełącza się przełącznik tranzystorowy ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia przy wartości prądu spawania równej wcześniej zadanej wartości, a za pomocą inwertera wytwarza się szereg dodatnich i ujemnych impulsów prądu i doprowadza się dodatnie impulsy prądu poprzez jeden segment cewki indukcyjnej oraz elektrodę połączoną szeregowo ze spawanym materiałem poprzez zamknięcie pierwszego przełącznika tranzystorowego pod wpływem odebrania pierwszego sygnału sterującego, a ujemne impulsy prądu doprowadza się do drugiego segmentu cewki oraz elektrody poprzez zamknięcie drugiego przełącznika tranzystorowego pod wpływem odebrania drugiego sygnału sterującego, przy czym przełącza się sygnał sterujący pomiędzy pierwszym sygnałem sterującym i drugim sygnałem sterującym i odwraca się polaryzację impulsów prądu, a przed przełączeniem sygnałów sterujących wyłącza się inwerter.

Korzystnie jako źródło prądu stosuje się źródło wielofazowe.

W inwerterze stosuje się sieć przełączają c ą sterowaną przez modulator szerokoś ci impulsów wysterowany przy częstotliwości większej niż 18 kHz.

Korzystnie wytwarza się impulsy prądu mające częstotliwość mniejszą niż 400 Hz.

Sygnał niskoprądowy wytwarza się przy zadanej wartości prądu niższej od 200 amperów, a korzystniej przy zadanej wartości prądu w przedziale 100-150 amperów.

Odwracanie polaryzacji sygnałów można dokonywać w momencie kiedy impulsy prądu opadają do zadanej wartości.

Według wynalazku, układ do wytwarzania prądu spawania, zawierający inwerter do wytwarzania prądu spawania w postaci kolejnych impulsów prądowych o pewnym maksymalnym poziomie natężenia oraz mających zbocze opadające, i zawierający szeregowy obwód elektryczny z cewką indukcyjną, wyjściowy przełącznik mocy i elektrodę będącą w kontakcie ze spawanym materiałem, przy czym inwerter ma wejście podłączone do źródła mocy elektrycznej i zawiera co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy odpowiadający pierwszej polaryzacji elektrycznej przy włączonym inwerterze, układ sterujący do generowania sygnału wyłączającego inwerter, odcinającego prąd od co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego i przesuwającego impuls prądowy w kierunku stanu wyłączenia, oraz wyjściowy przełącznik mocy posiadający co najmniej pierwszy przełącznik tranzystorowy, dla którego określony jest warunek przewodzenia prądu z co najmniej pierwszego zacisku wejściowego pod wpływem generacji pierwszego sygnału sterującego i warunek nieprzewodzenia prądu blokujący prąd po wytworzeniu drugiego sygnału sterującego, a ponadto układ sterujący zawiera obwód do wytwarzania przynajmniej drugiego sygnału sterującego oraz zawiera zespół opóźniający do wyłączania inwertera przed przełączeniem przez drugi sygnał sterujący wyjściowego przełącznika mocy ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia, a ponadto zawiera czujnik do pomiaru chwilowej wartości prądu spawania oraz komparator do wytwarzania sygnału niskoprądowego w momencie, kiedy wartość chwilowa prądu spawania równa jest zadanej wartości zasadniczo niższej od wartości maksymalnej, charakteryzuje się tym, że części cewki indukcyjnej są segmentami jednej cewki indukcyjnej, układ sterujący zawiera obwód do wytwarzania co najmniej drugiego sygnału sterującego w odpowiedzi na

PL 201 649 B1 wygenerowanie sygnału niskoprądowego występującego po sygnale wyłączającym i zawiera drugi przełącznik tranzystorowy przełączany ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia, kiedy prąd spawania równy jest zadanej wartości, zaś inwerter zawiera drugi zacisk wyjściowy odpowiadający drugiej polaryzacji elektrycznej kiedy inwerter jest włączony, przy czym inwerter zawiera układ do wytwarzania następujących kolejno impulsów prądu dodatnich i ujemnych i ma zacisk wyjściowy przekazujący dodatnie impulsy prądowe dołączony do pierwszej części cewki indukcyjnej oraz elektrody połączonej szeregowo ze spawanym materiałem przy zamkniętym pierwszym przełączniku tranzystorowym, i ma zacisk wyjściowy przekazujący ujemne impulsy prądowe dołączony do drugiej części cewki indukcyjnej oraz elektrody połączonej szeregowo ze spawanym materiałem przy zamkniętym drugim przełączniku tranzystorowym, natomiast układ sterujący zawiera zespół odwracający polaryzację impulsów prądowych do przełączania sygnałów sterujących, a zespół opóźniający zawiera elementy do wyłączenia inwertera przed odwróceniem sygnałów sterujących.

Zespół odwracający korzystnie stanowi przerzutnik logiczny, którego wartość logiczna Q stanowi pierwszy sygnał, a wartość logiczna Q stanowi drugi sygnał sterujący.

Zespół opóźniający zawiera sieć logiczną, przy czym wyjście oscylatora połączone jest z jednym z sygnałów logicznych do wyłączania inwertera w przygotowaniu do inicjacji drugich sygnałów sterujących.

Inwerter ma wejście podłączone do wielofazowego źródła mocy elektrycznej.

Inwerter może zawierać sieć przełączającą sterowaną przez modulator szerokości impulsów wysterowany przy częstotliwości większej niż 18 kHz.

Inwerter może być połączony z wyjściowym transformatorem obciążającym zawierającym uzwojenie pierwotne odbierające wysokoczęstotliwościowe impulsy prądu oraz uzwojenie wtórne przekazujące impulsy prądowe do zacisków.

Korzystnie inwerter zawiera zespół do wytwarzania ciągu następujących po sobie impulsów zawierających impulsy zmieniające się pomiędzy dodatnimi impulsami prądowymi i ujemnymi impulsami prądowymi.

Inwerter może zawierać zespół do regulacji częstotliwości impulsów dodatnich i ujemnych.

Inwerter może zawierać zespół do regulacji względnej długości czasu pomiędzy dodatnimi i ujemnymi impulsami prądu.

Inwerter może zawierać też zespół do regulacji względnej amplitudy dodatnich i ujemnych impulsów prądowych.

Inwerter korzystnie jest inwerterem zamiany napięcia zmiennego w źródło stałoprądowe o prądzie maksymalnym przynajmniej 200 amperów i posiada dodatni pierwszy zacisk, ujemny drugi zacisk, zacisk uziemienia oraz wyjściową sieć przełączającą, przy czym z dodatnim pierwszym zaciskiem jest połączony szeregowo pierwszy przełącznik tranzystorowy, pierwsza część cewki indukcyjnej, elektroda i uziemiony materiał do spawania, a z ujemnym drugim zaciskiem jest połączony szeregowo drugi przełącznik tranzystorowy, druga część cewki indukcyjnej, elektroda i uziemiony materiał do spawania, a ponadto przełączniki tranzystorowe są połączone z układem sterującym do sterowania przemiennym włączaniem pierwszego przełącznika tranzystorowego i wyłączaniem drugiego przełącznika tranzystorowego w pierwszym punkcie przełączenia i włączaniem drugiego przełącznika tranzystorowego i wyłączaniem pierwszego przełącznika tranzystorowego w drugim punkcie przełączenia do wytworzenia dużego zmiennego prądu spawania z przemiennymi dodatnimi i ujemnymi impulsami prądu do spawania w łuku elektrycznym, przy czym inwerter ma niską indukcyjność i zawiera zespół wyłączający do wyłączania inwertera pod wpływem odebrania sygnału wyłączenia inwertera oraz zawiera układ sterujący do generowania sygnału wyłączenia inwertera przed punktami przełączenia.

Korzystnie inwerter zawiera sieć przełączającą modulowaną szerokością impulsu i wysterowaną dla wysokich częstotliwości generalnie większych niż 18 kHz.

Inwerter może też zawierać zespół do regulacji częstotliwości impulsów.

Zespół do regulacji częstotliwości impulsów zawiera korzystnie elementy do regulacji względnego czasu trwania dodatnich i ujemnych impulsów prądu.

Inwerter może też zawierać wejście do dołączenia go do źródła wielofazowego.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że podczas przełączania dużych prądów w spawarce zmiennoprądowej zasilanej przez inwerter przełączający sterowany przez modulator szerokości impulsów, w szczególności zasilanej przez trójfazowe źródło mocy, na wyjściu stopnia inwertera zostają znaczne zredukowane napięcia zaindukowane na przełącznikach. Wynalazek został przetestowany na 1200 amperowym układzie do wytwarzania prądu spawania opartym na inwerterze zmiennoPL 201 649 B1

-prądowym, w którym prąd wyjściowy został zredukowany do 150 A przed wyłączeniem przełącznika na tylnym zboczu każdego impulsu tak, aby zmienić polaryzację prądu spawania. Podczas, gdy jeden przełącznik zostaje wyłączony, drugi zostaje włączony w celu wytworzenia impulsu prądowego o przeciwnej polaryzacji, którego wartość natychmiast przyjmuje wartość 150 amperów w przeciwnej polaryzacji, a następnie szybko poprzez indukcję obwodu spawania osiąga wartość maksymalną w tym przeciwnym kierunku. Dzięki wyłączeniu inwertera przed wyłączeniem dużego impulsu prądowego, prąd tego impulsu opada gwałtownie do niskiego poziomu. W rezultacie, przełączanie pomiędzy polaryzacjami dokonuje się przy niskiej wartości prądu, która to wartość w powyższym przykładzie wynosi 150 amperów. W istocie przy 1200 amperach gasik może zostać usunięty, jeśli tylko przełączeniową wartość prądu ustawi się na niskim poziomie. Pola elektryczne występujące w układach gasikowych zostały zredukowane tak, że pozwala to na zastosowanie wyższych częstotliwości przełączania bez wzrostu wymagań co do rozpraszanej w nich mocy.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat obwodu inwertera i wyjściowej sieci przełączającej według wynalazku, fig. 1A -uproszczony schemat układu do wytwarzania prądu spawania przedstawionego na rys. 1 z siecią przełączającą (odwracającą polaryzację) wykorzystaną w rozwiązaniu według wynalazku, fig. 2 - schemat logiczny urządzenia sterującego do generowania sygnału wyłączającego inwerter oraz pierwszego i drugiego sygnałów sterujących, fig. 3 - wykres różnych przebiegów sygnałów generowanych w ukł adzie do wytwarzania prą du spawania wedł ug wynalazku, fig. 4 - wykres przebiegu prą du spawania zmiennoprądowego użyteczny przy opisie rozwiązania według wynalazku, fig. 5, 6 i 7 przedstawiają wykresy przebiegów prądu spawania zmiennoprądowego otrzymane w rozwiązaniu według wynalazku, przedstawionego na fig. 2, fig. 8 przedstawia schemat modyfikacji rozwiązania według wynalazku, zaś fig. 9 - wykres przebiegu prądu wygenerowanego w rozwiązaniu przedstawionym na fig. 8.

Na figurach 1 i 1A przedstawiono układ do wytwarzania prądu spawania do spawania zmiennoprądowego 10 przepuszczający prąd zmienny przez elektrodę E i uziemiony materiał W· Układ 10 wykorzystuje standardowy inwerter 12 posiadający wejście prostujące 14 i przystosowany do podawania prądu stałego o dużych wartościach do wyjściowej sieci przełączającej 16, która to sieć wyjściowa wytwarza impulsy prądowe układu 10 dla wykonania procesu spawania materiału W· W celu wytworzenia zacisków stałoprądowych tworzących wejście sieci 16, do inwertera przyłączono pełny prostownik 18 tak, że wielofazowe napięcie wejściowe na prostowniku 14 zamieniane jest w źródło stałoprądowe posiadające wysoką maksymalną wartość prądu przekraczającą 200 amperów, a zaleca się nawet by była rzędu 1000-1200 amperów·

Inwerter 12 ma standardową architekturę i zawiera wejście zmiennoprądowe 20 pokazane jako wielofazowy układ do wytwarzania prądu spawania tworzący wejście prostownika 14, który kieruje sygnał stały 22 do tranzystorowej sieci przełączającej 30 w celu dostarczenia zmiennych w czasie impulsów prądu poprzez uzwojenie pierwotne 34 transformatora obciążającego 32. Uzwojenie wtórne 36 posiada środkowy punkt zera 38, który jest uziemiony i połączony ze spawanym materiałem W. Tranzystorowa sieć przełączająca 30 zawiera przełączniki typu MOSFET lub inne podobne przełączniki tranzystorowe mające na celu wytworzenie zmiennych w czasie impulsów prądu na uzwojeniu pierwotnym 34. Transformator obciążający 32 ma bardzo małą indukcyjność tak, że sieć przełączająca 30 może być wyłączana całkiem szybko. Ta szybkość włączania i wyłączania sieci przełączającej wykorzystywana jest szeroko w układach do wytwarzania prądu spawania. Sieć przełączająca 30 sterowana jest przez w zasadzie standardowy modulator szerokości impulsów 40 wysterowany przy częstotliwości ponad 18 kHz, a zgodnie z zaleceniami pomiędzy 20-40 kHz. Sterowanie tranzystorową siecią przełączającą tworzącą konwerter lub inwerter za pomocą modulatora szerokości impulsów jest standardową technologią i prąd wyjściowy inwertera sterowany jest przez napięcie na linii 42 pochodzące od wzmacniacza błędu 50, który to wzmacniacz może być zrealizowany programowo w odpowiedzi na poziom napięcia na linii wejściowej 52, posiadający napięcie lub sygnał cyfrowy odpowiadający żądanej wartości prądu wyjściowego układu 10 do wytwarzania prądu spawania. W niniejszym wynalazku żądany poziom prądu ustalono na poziomie przekraczającym ok. 200 amperów. Sygnał odniesienia na linii wejściowej 52 porównywany jest przez wzmacniacz 50 ze średnią wartością prądu wyjściowego układu przedstawioną w formie sygnału napięciowego lub cyfrowego na linii wejściowej 54. Napięcie na linii 62 z bocznika 60 mierzącego prąd ma wartość odpowiadającą chwilowej wartości prądu wyjściowego. Obwód uśredniający 64 uśrednia chwilową wartość prądu na linii 62, która może mieć wartość cyfrową lub analogową. Obwód uśredniający 64 generuje sygnał napięciowy lub słowo cyfrowe na linii 54 wzmacniacza 50 odpowiadające średniej wartości prądu.

PL 201 649 B1

Zgodnie z rozwiązaniem według wynalazku układ sterujący (kontroler) 70, który może być oprogramowaniem w komputerze lub obwodem analogowym, generuje napięcie odniesienia na linii 52. Układ sterujący 70 generuje również sygnał wyłączający inwerter na linii 72. Logiczna 1 na linii 72 powoduje natychmiastowe wyłączenie modulatora szerokości impulsów tak, aby wyłączyć inwerter 12 tak, żeby nie podawał już prądu do prostownika 18. Układ sterujący 70 generuje również sygnały sterujące przełączaniem na liniach 80 i 82, w których pierwsza wartość logiczna, tj. logiczna 1 powoduje natychmiastowe włączenie odpowiedniego przełącznika wyjściowego, druga wartość logiczna, czyli logiczne 0, w sposób natychmiastowy wyłącza odpowiedni przełącznik wyjściowy. Pełny prostownik 18 zawiera diody D1, D2, D3, D4 pracujące tak, aby uzyskać prądowy dodatni pierwszy zacisk wyjściowy 90, ujemny drugi zacisk wyjściowy 92 oraz terminal uziemienia lub masy 94 połączony z zaciskiem centralnym lub punktem zera 38 oraz ze spawanym materiałem W. Układ 10 do wytwarzania prądu spawania wykorzystuje wyjściową sieć przełączającą 16 w celu wytworzenia dużych impulsów prądu pomiędzy elektrodą E, a materiałem W. Jak to już przedstawiono, pierwszy przełącznik tranzystorowy SW1, w postaci tranzystora IGBT, jest zamykany pod wpływem otrzymanego sygnału sterującego na linii 80. Zamknięcie przełącznika SW1 wytwarza impuls prądu płynący z dodatniego pierwszego zacisku wyjściowego 90 przez dodatni fragment cewki indukcyjnej 110, a następnie poprzez łuk elektryczny w procesie spawania. Drugi przełącznik tranzystorowy SW2, w postaci tranzystora IGBT, jest zamykany pod wpływem logicznej 1 na linii 82 w celu wytworzenia ujemnego impulsu prądowego płynącego przez ujemną drugą część 114 cewki indukcyjnej 110 do ujemnego drugiego zacisku wyjściowego 92 prostownika 18 będącego wyjściem inwertera 12. Układy gasikowe 100, 102 są połączone równolegle odpowiednio do przełączników SW1 i SW2. W znanych rozwiązaniach gasiki te muszą być duże i muszą wytrzymać niezmiernie wysokie napięcia, ze względu na to, że zaindukowane napięcie równe jest wartości indukcji pierwszej części 112 lub drugiej części 114 cewki indukcyjnej i różniczkowej lub chwilowej zmianie prądu. Jeżeli prąd jest rzędu 1000-1200 amperów, krótki czas wyłączania daje wysoką wartość pochodnej di/dt. Zaindukowane napięcie jest niezmiernie wysokie i musi zostać wygaszone przez gasiki 100 i 102. Układ do wytwarzania prądu spawania tak, jak to opisano dotychczas, w zastosowaniach w procesie zmiennoprądowego spawania wysokoprądowego stanowi nowe rozwiązanie i może pracować przy dużych wartościach prądu przekraczających 200 amperów i bardzo dużych prądach przekraczających 1000 amperów, zatem redukuje rozmiary i/lub potrzebę stosowania gasików 100 i 102.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, jak pokazano to na figurach 2 i 3, sieć przełączająca 30 inwertera 12 wyłączana jest przez sygnał na linii 72 bezpośrednio przed tym jak sygnały logiczne lub sterujące na liniach 80 i 82 ulegają odwróceniu. W ten sposób układ do wytwarzania prądu spawania wyłączany zostaje zanim warunki przewodzenia przełączników SW1 i SW2 ulegną odwróceniu. W celu osiągnięcia takiego sterowania można użyć wiele rodzajów struktur. Struktury takie mogą być strukturami sprzętowymi, programowymi lub ich kombinacjami. Przykładowo układ sterujący zawiera urządzenie lub sieć logiczną 150 pokazaną na fig. 2. Impulsy wyjściowe wysyłane z urządzenia lub sieci logicznej 150 pokazano na wykresach czasowych razem z wynikającymi z nich impulsami prądowymi P1 i P₂ na fig. 3. Przedstawiona_sieć logiczna 150 zawiera przerzutnik 160 posiadający wyjście Q połączone z linią 80 oraz wyjście Q połączone z linią 82. Przerzutnik ten może mieć charakter oprogramowania lub być zastąpiony przez inne nie-koincydentalne urządzenie. Stany logiczne na tych wyjściach pokazano na wykresach 200 i 202 na fig. 3. Kiedy jeden z sygnałów sterujących przyjmuje wartość 1, drugi sygnał ma wartość 0. Wskutek tego, kiedy jeden z przełączników zostaje wyłączony drugi jest natychmiast włączany. Ta operacja przełączenia odwraca polaryzację impulsów w celu wytworzenia wyjścia zmiennoprądowego zawierającego impulsy P1 i P₂ biorące udział w spawaniu w łuku elektrycznym. Wejście danych D przerzutnika 160 przedstawiono na wykresie 206 stanowiącym wyjście oscylatora 170 pojawiające się na linii 172. W celu przeniesienia stanu logicznego z wejścia D do wyjścia Q, niezbędne jest pojawienie się impulsu sygnału taktującego na wejściu zegarowym CK przedstawionym w połączeniu z linią wyjściową 182 komparatora napięcia 180. Urządzenia logiczne, o których mowa zostały przedstawione z użyciem terminów i symboli analogowych. Jednakże wykorzystywane są również obwody cyfrowe. Przerzutnik 160 pracuje zgodnie ze standardową praktyką generując wartości logiczne pokazane na wykresach 200 i 202 na swoim wyjściu i na liniach 80 i 82. Sygnały logiczne na tych liniach sterują odpowiednio przełącznikami SW1 i SW2. Na fig. 3 impuls zegarowy 204a pojawia się wtedy, kiedy wejście danych D pokazane na wykresie 206 ma wartość 0. Ten cykl zegarowy powoduje przesłanie wartości 0 na linię sygnału sterującego 80 i wartości 1 na linię 82, jak pokazano to na wykresach 200, 202. W ten sposób w punkcie 200a

PL 201 649 B1 następuje odwrócenie stanów przewodzenia przełączników SW1 i SW2. Powoduje to skok prądu od impulsu Pi do impulsu P₂ w celu odwrócenia polaryzacji dodatnią polaryzacją impulsu prądowego P₂, a ujemną polaryzacją impulsu P₂. Sygnały sterujące na liniach 80 i 82 zostają ponownie odwrócone w punkcie 200b pod wpływem sygnału taktującego 204b kiedy przebieg 206 ma wartość 1 logicznej. W ten sposób polaryzacja impulsów prądu ponownie ulega odwróceniu z ujemnej polaryzacji impulsu P2 do dodatniej polaryzacji impulsu P₂. Pod wpływem następnego impulsu zegarowego 204c zachodzi jeszcze jedno odwrócenie polaryzacji. W taki oto sposób przerzutnik 160 generuje zmienny prąd spawania na wyjściu układu 10. Oscylator 170 generujący sygnał pokazany jako przebieg 206 na fig. 3 jest typowym oscylatorem sterowanym napięciowo, w którym wejściowa linia napięciowa 174 zmienia częstotliwość impulsów na wyjściu 172. Ta zmiana wywołuje zmianę częstotliwości odwracania polaryzacji impulsów pokazanych na górnym wykresie fig. 3. W podobny sposób zmiana napięcia na linii 176 wywołuje zmianę cyklu pracy oscylatora 170. Cykl pracy pokazany na fig. 3 wynosi 50% (współczynnik wypełnienia). Poprzez zmianę napięcia na linii 176, zgodnie z typowym działaniem, cykl pracy oscylatora może ulec zmianie co spowoduje zmianę cyklu pracy (współczynnika wypełnienia) impulsów prądu na wyjściu zmiennoprądowym układu 10.

Impulsy taktujące na linii 182, jak pokazano na wykresie 204 fig. 3 wytworzone zostają poprzez porównanie napięć na liniach 184 i 186. Linia wejściowa 184 odpowiada chwilowej wartości prądu łuku spawania zmierzonej przez bocznik 60. Napięcie na wejściu 186 jest wyjściem rezystora nastawnego 188, który ustawiony jest tak, by odpowiadał napięciu linii 184, które z kolei ma zadaną wartość, zgodnie z zaleceniem odpowiadającą zakresowi 100-150 amperów i generalnie mniej niż 200 A. Logiczna 1 pojawia się na linii 182 kiedy chwilowa wartość prądu jest niższa od wybranej wartości ustawionej przez rezystor nastawny 188, przedstawionej jako 100 amperów. Odnosząc się ponownie do wykresu 204 na fig. 3 impulsy 204a-204c przedstawiają czas, w trakcie którego komparator 180 wysyła 1 wskazując na to, że prąd ma wartość mniejszą niż wartość ustalona na wejściu 186. Dzięki odczytowi chwilowej wartości z linii 62 i użyciu tej wartości do taktowania przerzutnika 160 zapewniono, że zmiana polaryzacji nastąpi tylko wtedy, gdy wartość ta będzie niższa niż 100 amperów. Niezbędne jest także wyłączanie inwertera 12 przez stan logiczny 1 na linii 72 w przygotowaniu do odwrócenia polaryzacji przerzutników SW1 i SW2. Można to uzyskać przez różnego rodzaju systemy, a których jeden przedstawiono na fig. 2 jako sieć logiczną 210. Sieć ta wykorzystuje inwerter 212 do odwrócenia wartości logicznej na linii 172 podczas, gdy pojawia się ona na linii 172a. Bramka NAND 230 posiada wejście 232 ze stanem logicznym linii 82, który pokazano na przebiegu 202 fig. 3. Drugim wejściem bramki 230 jest linia 172, którą przedstawia wykres 206 na fig. 3. Kiedy obydwa przebiegi 202 i 206 przyjmują wartość 1 na linii 234 pojawia się wartość 0. Generuje to wartość 1 na linii 72, która jest wyjściem bramki NAND 250. W podobny sposób bramka NAND 240 posiada wejście 242 połączone do linii 80, jak pokazuje wykres 200 na fig. 3. Odwrócone stany logiczne na linii 172a pokazuje przebieg 202 na fig. 3. Kiedy na obydwu przebiegach 200 i 220 pojawia się stan 1 na wyjściu 244 bramki 240 pojawia się logiczne 0 tak, aby wygenerować stan 1 na linii 72. Stan na linii 72 stanowi sygnał wyłączający inwertera, którego przebieg pokazuje wykres 222 na fig. 3. Sygnał ten pojawia się tak szybko jak tylko przebieg 206 dokonuje zmiany stanów logicznych. Inwerter 212 został użyty w sieci logicznej 210 w celu osiągnięcia właściwej generacji sygnałów wyłączających inwerter. Jak pokazano na fig. 3 sygnały wyłączające 222a-222c pojawiają się bezpośrednio zanim impulsy zegara 204a-204c powodują odwrócenie przełączników SW1 i SW2. W ten sposób inwerter zostaje wyłączony i utrzymany w tym stanie w trakcie trwania impulsów 222a-222c. Stan logiczny na wyjściu przerzutnika 160 nie może ulec zmianie zanim nie pojawi się następny impuls zegara. Prąd, jak to pokazano na górnym wykresie zanika wzdłuż krzywej 300 aż osiągnie punkt odwrócenia polaryzacji 200a w punkcie 302 tego wykresu. Od tego momentu następuje natychmiastowa zmiana polaryzacji poprzez zmianę stanów logicznych na liniach 80 i 82 jak to pokazują przebiegi 200 i 202. Przejście to wymaga pewnego czasu właściwego dla tranzystorów IGBT jak to objawia się pomiędzy punktami 302 i 304. Inwerter 12 włączany jest ponownie i prąd narasta wzdłuż krzywej 306 aż do poziomu maksymalnego. Taki sam proces odbywa się podczas każdej zmiany polaryzacji impulsów prądowych Pj. i P₂ jak pokazano na fig. 3. Pomiędzy punktami 302 i 304 występuje bardzo krótki czas opóźnienia wynikający z typowego czasu przełączania przełączników SW1 i SW2. Przełączniki te są przełącznikami tranzystorowymi z czego wynika, iż nie są one skomutowane. W praktyce przełącznikami tymi są tranzystory typu IGBT. W trakcie przełączania z użyciem przełączników tranzystorowych nie występują straty energii. Oczywiście w realizacji niniejszego wynalazku można zastosować innego rodzaju szybkie urządzenia przełączające jeżeli tylko mogą one pracować przy dużych prądach przekraczających 1000 amperów.

PL 201 649 B1

Na figurze 4 przedstawiono przebiegi prądu zmiennego impulsów P3 i P4. Na wspomnianej ilustracji w punkcie 320 impulsu P3 pojawia się sygnał wyłączający inwerter. Prąd impulsu opada poprzez indukcyjność wyjściową wzdłuż krzywej 322 do momentu, gdy osiągnie niską wartość określoną przez zadaną wartość prądu oznaczoną tu jako 100 amperów. Wartość ta jest znacznie niższa od wartości maksymalnej 1200 A prądu w impulsie P3. W punkcie odwrócenia polaryzacji 324 przełączniki SW1 i SW2 zostają odwrócone zgodnie ze stanami logicznymi na liniach 80 i 82. Gdy to następuje, wygenerowany zostaje natychmiast impuls P4 jak to pokazano wzdłuż pionowej (co stanowi założenie teoretyczne) krzywej 330 do punktu 332, w którym prąd zostaje wysterowany do ujemnej wartości maksymalnej. Tak szybko jak zamyka się przełącznik prąd jest wymuszany przez ściśle sprzężoną symetryczną indukcyjność do tego samego poziomu w przeciwnej polaryzacji. Przejście przez zero następuje również pomiędzy punktami 334 i 336. Wynalazek ten może być wykorzystany z użyciem standardowej szeregowej indukcyjności w dodatnim lub ujemnym obwodzie wyjściowym, wskutek czego jednak pomiędzy zadanymi wartościami prąd nie będzie zmieniał się tak szybko. Przebieg prądu zmiennego pokazany na fig. 4 ma ze swojej natury charakter tylko prezentacyjny i ilustruje główną ideę wynalazku, która polega na wyłączeniu inwertera, odczekaniu aż prąd opadnie do zadanej wartości i następnie odwróceniu przełączników w celu odwrócenia polaryzacji dużych impulsów prądowych. Jak wskazano wcześniej, częstotliwość i cykl pracy impulsów wyjściowych mogą być zmieniane przez zmianę oprogramowania przedstawionego schematycznie jako oscylator 170 na fig. 2. Cecha ta przedstawiona jest schematycznie na figurach 5 i 6. Na fig. 5 cykl pracy pomiędzy impulsami P5 i (współczynnik wypełnienia) wynosi 50%. Jak pokazano na niższym wykresie cykl pracy pomiędzy impulsami P7 i P§ wynosi 20% przy zachowaniu tej samej częstotliwości. Na fig. 6 częstotliwość została zwiększona tak, że 50% cykl pracy pomiędzy impulsami P9 i P10 generuje węższe pojedyncze impulsy wynikające ze zwiększonej częstotliwości. Przy tej zwiększonej częstotliwości może również ulegać zmianie cykl pracy jak zostało zilustrowane, gdzie impuls P^ ma 20% cykl pracy w odniesieniu do impulsu P12. Pojęcie cyklu pracy zostało tutaj użyte do oznaczenia stosunku pomiędzy czasami trwania impulsów dodatniego i ujemnego. Takie niesymetryczne warunki zasilania mogą być korzystne w pewnych zastosowaniach spawalniczych, gdy przewodnictwo w jednym kierunku różni się znacząco od przewodnictwa w kierunku przeciwnym. Zgodnie z wynalazkiem możliwa jest zmiana amplitudy dodatnich i ujemnych impulsów prądowych jak pokazano to na figurze 7, na której amplituda a impulsu P13 jest znacznie mniejsza niż amplituda b impulsu P14. Koncepcja ta pozwala na zastosowanie większych prądów w jednym kierunku niż w kierunku przeciwnym. Oczywiście impulsy zakończenie czasu trwania impulsu dokonywane jest przez uprzednie wyłączenie inwertera, a następnie odwrócenie przełączników SW1 i SW2. Można również zastosować inne modyfikacje względnych przebiegów impulsów, o których była mowa.

Na figurach 8 i 9 przedstawiona została kolejną odmianą rozwiązania według wynalazku, która polega na tym, że układ 400 do wytwarzania prądu spawania generuje szereg impulsów P20 o jednej polaryzacji jak to pokazano na fig. 9. W tej odmianie wynalazku w celu umożliwienia przepływu prądu przez łuk elektryczny pomiędzy elektrodą E, a spawanym materiałem W użyty jest tylko jeden przełącznik SW3. Dzięki takiej modyfikacji łatwo można zilustrować podstawową ideę polegającą na wyłączaniu inwertera, co pozwala z kolei na opadnięcie dużego prądu do niskiej zadanej wartości, a następnie wyłączeniu przełącznika, takiego jak tranzystor IGBT. Nową twórczą koncepcję stanowi zatem idea wyłączenia dużego impulsu prądowego, a następnie wyłączenia przełącznika w układzie do wytwarzania prądu spawania sterowanym przez wysokoczęstotliwościowy inwerter. W odmianie tej inwerter 402 posiada wyjście sterowane przez pojedynczy przełącznik SW3 przepuszczający impuls prądu P20 poprzez indukcyjność 404 oraz elektrodę E i uziemiony spawany materiał W. Kiedy sygnał sterujący na linii 410 przyjmuje wartość 1 przełącznik SW3 zostaje włączony, a kiedy przyjmuje wartość 0 przełącznik zostaje wyłączony. Stany logiczne na linii 410 są określane przez sieć logiczną 412 posiadającą wejście 414 używane do włączania przełącznika oraz wejście 416 służące jego wyłączaniu. Sieć sterująca, która może być zrealizowana przez oprogramowanie, została przedstawiona jako oscylator sprzętowy 420 posiadający wyjście 422 służące włączaniu lub wyłączaniu inwertera zgodnie ze stanami logicznymi na linii 424. Gdyby przełącznik SW3 był włączony przez cały czas na elektrodzie E pojawiłby się prostokątny impuls prądu. Kiedy inwerter jest włączony, przełącznik SW3 jest włączony przez stan logiczny na linii 414. Jednakże kiedy inwerter jest wyłączany, przełącznik SW3 nie zostaje wyłączony natychmiast. Wyłączenie przełącznika SW3 wymaga sygnału logicznego na linii 416. Ten sygnał logiczny stanowi wyjście bramki AND 430 posiadającej inwerter 432 mający za zadanie odwracanie stanów logicznych pochodzących z oscylatora 420. Te odwrócone wartości

PL 201 649 B1 logiczne pojawiają się na linii 432a będącej wejściem bramki 430. Drugim wejściem bramki 430 jest wyjście 440a komparatora 440 posiadającego pierwsze wejście napięciowe na linii 442 pochodzące z czujnika prądu 444 sterowanego przez chwilowe wartości prądu spawania zmierzone przez bocznik 446. Drugim wejściem napięciowym komparatora 440 jest linia 450 przesyłająca napięcie lub słowo określające zadaną wartość prądu, taką jak na przykład 100 amperów. W ten sposób kiedy inwerter 402 jest wyłączany stan 1 pojawia się na linii 432a. Tak szybko jak tylko prąd opada do wartości określonej przez napięcie na linii 450, na drugim wejściu 440a bramki 430 pojawia się stan 1. Powoduje to pojawienie się stanu 1 na linii 416 mającego za zadanie otworzenie przełącznika SW3 i przerwanie impulsu prądowego. W ten sposób kiedy generator jest włączony jest także przełącznik SW3. Pokazano to na fig. 9 na narastającym zboczu impulsu P20. W rozwiązaniu według wynalazku zakłada się wyłączenie inwertera 402 jak pokazuje to punkt 460. Prąd w przełączniku zanika wzdłuż krzywej 462. Kiedy wartość chwilowa zanikającego prądu łuku elektrycznego osiągnie zadany poziom, wskazywany tu przez 100 amperów, bramka 430 generuje stan 1 w celu wyłączenia przełącznika SW3. Taka modyfikacja wynalazku została przedstawiona, aby przedstawić układ impulsowy o jednej polaryzacji do wytwarzania prądu spawania. Impulsy P20 pojawiają się z częstotliwością określoną przez częstotliwość generatora 420 i posiadają cykl pracy tego generatora, który to generator sterowany jest tak jak generator 170 na fig. 2. W taki oto sposób w rozwiązaniu według wynalazku generowane mogą być impulsy prądu spawania o pojedynczej lub zmiennej polaryzacji.

Możliwe są rozmaite zmiany w przedstawionych powyżej realizacjach wynalazku, opartych generalnie na standardowej technologii, z wyjątkiem jednakże koncepcji umożliwienia spadku dużego prądu w impulsie do zadanej wartości przed zakończeniem trwania impulsu. Koncepcja ta wykorzystana w układach do wytwarzania prądu spawania daje wyjątkowo duże korzyści i redukuje koszt układów gasikowych 100 i 102, jak to pokazano na fig. 1, redukując w ten sposób koszt układu do wytwarzania prądu spawania do spawania wysokoprądowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania prądu spawania, w którym wytwarza się prąd spawania w postaci kolejnych impulsów prądowych o pewnej maksymalnej wartości prądu i zboczu opadającym w układzie do wytwarzania prądu spawania posiadającym inwerter z wejściem podłączonym do źródła prądu i mającym co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy odpowiadający pierwszej polaryzacji, kiedy inwerter jest włączony, przy czym te impulsy przesyła się przez obwód szeregowy zawierający cewkę indukcyjną, wyjściowy przełącznik mocy i elektrodę, którą kontaktuje się ze spawanym materiałem i za pomocą urządzenia sterującego układu do wytwarzania prądu spawania generuje się sygnał wyłączający inwerter i odcinający prąd od jego co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego przesuwając impuls prądowy w kierunku stanu wyłączenia, a co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy inwertera łączy się z wyjściowym przełącznikiem mocy zawierającym co najmniej pierwszy przełącznik tranzystorowy, który ma określony warunek przewodzenia prądu z co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego inwertera pod wpływem wygenerowania pierwszego sygnału sterującego i ma określony warunek nieprzewodzenia blokujący przepływ prądu pod wpływem generacji drugiego sygnału sterującego, po czym mierzy się chwilową wartość prądu spawania i wytwarza się sygnał niskoprądowy w momencie, kiedy wartość chwilowa prądu równa jest pewnej zadanej wartości znacząco niższej od wartości maksymalnej, znamienny tym, że pod wpływem wygenerowania sygnału niskoprądowego, po wytworzeniu sygnału wyłączającego, wytwarza się drugi sygnał sterujący, za pomocą którego przełącza się przełącznik tranzystorowy (SW1) ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia przy wartości prądu spawania równej wcześniej zadanej wartości, a za pomocą inwertera (12) wytwarza się szereg dodatnich i ujemnych impulsów prądu i doprowadza się dodatnie impulsy prądu poprzez jedną część cewki indukcyjnej oraz elektrodę (E) połączoną szeregowo ze spawanym materiałem (W) poprzez zamknięcie pierwszego przełącznika tranzystorowego (SW1) pod wpływem odebrania pierwszego sygnału sterującego, a ujemne impulsy prądu doprowadza się do drugiej części cewki oraz elektrody (E) poprzez zamknięcie drugiego przełącznika tranzystorowego (SW2) pod wpływem odebrania drugiego sygnału sterującego, przy czym przełącza się sygnał sterujący pomiędzy pierwszym sygnałem sterującym i drugim sygnałem sterującym i odwraca się polaryzację impulsów prądu, a przed przełączeniem sygnałów sterujących wyłącza się inwerter (12).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło prądu stosuje się źródło wielofazowe.

PL 201 649 B1
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w inwerterze (12) stosuje się sieć przełączającą sterowaną przez modulator szerokości impulsów wysterowany przy częstotliwości większej niż 18 kHz.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się impulsy prądu mające częstotliwość mniejszą niż 400 Hz.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał niskoprądowy wytwarza się przy zadanej wartości prądu niższej od 200 amperów.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że sygnał niskoprądowy wytwarza się przy zadanej wartości prądu w przedziale 100-150 amperów.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odwracanie polaryzacji sygnałów dokonuje się w momencie kiedy impulsy prądu opadają do zadanej wartości.
8. Układ do wytwarzania prądu spawania, zawierający inwerter do wytwarzania prądu spawania w postaci kolejnych impulsów prądowych o pewnym maksymalnym poziomie natężenia oraz mających zbocze opadające, i zawierający szeregowy obwód elektryczny z cewką indukcyjną, wyjściowy przełącznik mocy i elektrodę będącą w kontakcie ze spawanym materiałem, przy czym inwerter ma wejście podłączone do źródła mocy elektrycznej i zawiera co najmniej pierwszy zacisk wyjściowy odpowiadający pierwszej polaryzacji elektrycznej przy włączonym inwerterze, układ sterujący do generowania sygnału wyłączającego inwerter, odcinającego prąd od co najmniej pierwszego zacisku wyjściowego i przesuwającego impuls prądowy w kierunku stanu wyłączenia, oraz wyjściowy przełącznik mocy posiadający co najmniej pierwszy przełącznik tranzystorowy, dla którego określony jest warunek przewodzenia prądu z co najmniej pierwszego zacisku wejściowego pod wpływem generacji pierwszego sygnału sterującego i warunek nieprzewodzenia prądu blokujący prąd po wytworzeniu drugiego sygnału sterującego, a ponadto układ sterujący zawiera obwód do wytwarzania przynajmniej drugiego sygnału sterującego oraz zawiera zespół opóźniający do wyłączania inwertera przed przełączeniem przez drugi sygnał sterujący wyjściowego przełącznika mocy ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia, a ponadto zawiera czujnik do pomiaru chwilowej wartości prądu spawania oraz komparator do wytwarzania sygnału niskoprądowego w momencie, kiedy wartość chwilowa prądu spawania równa jest zadanej wartości zasadniczo niższej od wartości maksymalnej, znamienny tym, że części (112, 114) cewki indukcyjnej są segmentami jednej cewki indukcyjnej (110), a układ sterujący zawiera obwód do wytwarzania co najmniej drugiego sygnału sterującego w odpowiedzi na wygenerowanie sygnału niskoprądowego występującego po sygnale wyłączającym i zawiera drugi przełącznik tranzystorowy (SW2) przełączany ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia, kiedy prąd spawania równy jest zadanej wartości, zaś inwerter (12) zawiera drugi zacisk wyjściowy (92) odpowiadający drugiej polaryzacji elektrycznej kiedy inwerter (12) jest włączony, przy czym inwerter (12) zawiera układ do wytwarzania następujących kolejno impulsów prądu dodatnich i ujemnych i ma zacisk wyjściowy przekazujący dodatnie impulsy prądowe dołączony do pierwszej części (112) cewki indukcyjnej (110) oraz elektrody (E) połączonej szeregowo ze spawanym materiałem (W), przy zamkniętym pierwszym przełączniku tranzystorowym (SW1), i ma zacisk wyjściowy przekazujący ujemne impulsy prądowe dołączony do drugiej części (114) cewki indukcyjnej (110) oraz elektrody (E) połączonej szeregowo ze spawanym materiałem (W), przy zamkniętym drugim przełączniku tranzystorowym (SW2), natomiast układ sterujący (70) zawiera zespół odwracający polaryzację impulsów prądowych do przełączania sygnałów sterujących, a zespół opóźniający zawiera elementy do wyłączenia inwertera (12) przed odwróceniem sygnałów sterujących.
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że zespół odwracający stanowi przerzutnik logiczny (160), którego wartość logiczna Q stanowi pierwszy sygnał, a wartość logiczna Q stanowi drugi sygnał sterujący.
10. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że zespół opóźniający zawiera sieć logiczną, przy czym wyjście oscylatora (170) połączone jest z jednym z sygnałów logicznych do wyłączania inwertera (12) w przygotowaniu do inicjacji drugich sygnałów sterujących.
11. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) ma wejście podłączone do wielofazowego źródła mocy elektrycznej.
12. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera sieć przełączającą sterowaną przez modulator szerokości impulsów wysterowany przy częstotliwości większej niż 18 kHz.
13. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) jest połączony z wyjściowym transformatorem obciążającym (32) zawierającym uzwojenie pierwotne (34) odbierające wysokoczęPL 201 649 B1 stotliwościowe impulsy prądu oraz uzwojenie wtórne (36) przekazujące impulsy prądowe do zacisków wyjściowych (90, 92).
14. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera zespół do wytwarzania ciągu następujących po sobie impulsów zawierających impulsy zmieniające się pomiędzy dodatnimi impulsami prądowymi i ujemnymi impulsami prądowymi.
15. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera zespół do regulacji częstotliwości impulsów dodatnich i ujemnych.
16. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera zespół do regulacji względnej długości czasu pomiędzy dodatnimi i ujemnymi impulsami prądu.
17. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera zespół do regulacji względnej amplitudy dodatnich i ujemnych impulsów prądowych.
18. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że inwerter (12) jest inwerterem zamiany napięcia zmiennego w źródło stałoprądowe o prądzie maksymalnym przynajmniej 200 amperów i posiada dodatni pierwszy zacisk wyjściowy (90), ujemny drugi zacisk wyjściowy (92), zacisk uziemienia (94) oraz wyjściową sieć przełączającą (30), przy czym z dodatnim pierwszym zaciskiem wyjściowym (90) jest połączony szeregowo pierwszy przełącznik tranzystorowy (SW1), pierwsza część (112) cewki indukcyjnej, elektroda (E) i uziemiony materiał do spawania (W), a z ujemnym drugim zaciskiem wyjściowym (92) jest połączony szeregowo drugi przełącznik tranzystorowy (SW2), druga część (114) cewki indukcyjnej, elektroda (E) i uziemiony materiał do spawania (W), a ponadto przełączniki tranzystorowe (SW1, SW2) są połączone z układem sterującym (70) do sterowania przemiennym włączaniem pierwszego przełącznika tranzystorowego (SW1) i wyłączaniem drugiego przełącznika tranzystorowego (SW2) w pierwszym punkcie przełączenia i włączaniem drugiego przełącznika tranzystorowego (SW2) i wyłączaniem pierwszego przełącznika tranzystorowego (SW1) w drugim punkcie przełączenia do wytworzenia dużego zmiennego prądu spawania z przemiennymi dodatnimi i ujemnymi impulsami prądu do spawania w łuku elektrycznym, przy czym inwerter (12) ma niską indukcyjność i zawiera zespół wyłączający do wyłączania inwertera (12) pod wpływem odebrania sygnału wyłączenia inwertera (12) oraz zawiera układ sterujący (70) do generowania sygnału wyłączenia inwertera (12) przed punktami przełączenia.
19. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera sieć przełączającą (30) modulowaną szerokością impulsu i wysterowaną dla wysokich częstotliwości generalnie większych niż 18 kHz.
20. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera zespół do regulacji częstotliwości impulsów.
21. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że zespół do regulacji częstotliwości impulsów zawiera elementy do regulacji względnego czasu trwania dodatnich i ujemnych impulsów prądu.
22. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że inwerter (12) zawiera wejście do dołączenia go do źródła wielofazowego.