RU1787082C - Регул тор сварочного тока - Google Patents

Description

показатели, так как частотные свойства ти- ристорного фазорегул тора определ ютс  промышленной частотой. Устройство отличаетс  низким коэффициентом мощности.

Наиболее близким к предлагаемому регул тору сварочного тока  вл етс  регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпр мител , при этом отрицательные выходы первого и второго выпр мителей объединены и соединены с первым выходом регул тора, а поло- жите.льные выходы первого и второго выпр мителей соединены с вторым выходом регул тора, отрицательный вывод источника посто нного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом, инвертора напр жени , положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока.

Недостатком известного регул тора сварочного тока  вл етс  низка  устойчивость возбуждени  дуги при работе на переменном токе, что требует применени  импульсной стабилизации. Процесс повторного зажигани  дуги переменного тока имеет веро тностный характер и требует значительной мощности дл  достижени  высокой стабильности зажигани  дуги.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени ,

Цель достигаетс  тем, что регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и -реактор подсоединены к входу . переменного тока выпр мител , а отрицательный вывод источника посто нного то ка соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напр жени , причем друга  обкладка конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, а выводы переменного тока инвертора напр жени  соединены с входом второго трансформатора, снабжен диодом и вторым конденсатором, при этом анод диода соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока и положительным выводом выпр мител , а катод диода объединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напр жени , втора  обкладка второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора напр жени  и отрицательным выводом выпр мител ,

выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регул тора непосредственно ..

Предлагаемое устройство содержит новое качество, заключающеес  в том, что оно

0 имеет высокую устойчивость горени  дуги, что обеспечивает высокое качество сварки. Это достигаетс  путем включени  инвертора напр жени  к источнику посто нного тока через автономный инвертор тока и диод.

5 Инвертор .напр жени  через трансформатор питает сварочную нагрузку, причем значени  токов в первичной цепи инвертора напр жени , сварочной цепи и цепи источника посто нного тока определ ютс  вход0 ным сопротивлением инвертора тока. Само же входное сопротивление инвертора тока определ етс  параметрами самого инвертора , трансформаторов, реактора и сопротивлением сварочной нагрузки. Входное

5 сопротивление автономного инвертора тока измен етс  в значительно большей степени , чем сопротивление нагрузки (при увеличении сопротивлени  на выходе автономного инвертора в 2 раза его входное сопрбтивле0 ние уменьшаетс  в 5 раз). Включение автономного инвертора тока в цепь питани  позвол ет стабилизировать ток в сварочной цепи при изменении сопротивлени  сварочной цепи, При малом сопротивлении сва5 рочной цепи на сварочной на.грузке обеспечиваетс  малое напр жение. Увеличение устойчивости зажигани  дуги при переходе тока через нулевое значение обеспечиваетс  за счет энергии, накоплен0 ной в индуктивности сварочной цепи. При изменении знака напр жени  на инверторе напр жени  энерги  из цепи переменного тока возвращаетс  в цепь посто нного тока, что обеспечивает увеличение напр жени 

5 на втором конденсаторе и инверторе напр жени . Малое значение емкости второго конденсатора обеспечивает быстрый подъем напр жени  на сварочной нагрузке и устойчивость зажигани  дуги. Автономный

0 инвертор тока и выпр митель в эти моменты времени работают на первый конденсатор, который имеет большое значение емкости. Напр жение на нем измен етс  в небольших пределах, что стабилизирует работу ус5 тройства на среднем уровне. Инвертор напр жени , диод, второй конденсатор и автономный инвертор тока взаимодействуют в предлагаемом устройстве таким образом , что обеспечиваетс  повышение ачества сварки путем повышени  устойчивести горени  дуги и вследствие этого отличительные признаки  вл ютс  существенными .

На фиг.1 представлена структурна  электрическа  схема регул тора сварочного тока; на фиг.2 - принципиальна  электрическа  схема регул тора сварочного тока с источником посто нного тока в виде трехфазного мостового выпр мител  и с однофазным автономным инвертором тока и однофазным инвертором напр жени ; на фиг.З - диаграммы мгновенных значений токов и напр жений на нагрузке, тока обратного диода.

Устройство содержит (фиг, 1) источник 1 посто  иного тока, положительный вывод которого св зан с положительным выводом автономного инвертора 2 тока. Выводы переменного тока инвертора тока соединены в первым трансформатором 3. К вторичной обмотке трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпр митель 5. Отрицательный вывод источника 1 питани  соединен с отрицательным выводом инвертора 6 напр жени . Отрицательный вывод автономного инвертора 2 тока соединен с первым конденсатором 7. Выводы переменного тока инвертора 6 напр жени  соединены с первичной обмоткой второго трансформатора 8. Выводы вторичной обмотки трансформатора 8 соединены с выводами 9 регул тора. К выводам посто нного тока инвертора 6 напр жени  параллельно подключен второй конденсатор 10. Между первым конденсатором 7 и вторым конденсатором 10 включен диод 11.

На принципиальной электрической схеме фиг.2 дополнительно обозначены коммутирующий конденсатор 12 инвертора тока, дроссель 13 инвертора тока, дроссель 14 выпр мител , дроссель 15 инвертора напр жени , обратные диоды 17 инвертора напр жени ;

На диаграмме мгновенных значений фиг.З обозначены крива  18 напр жени  на нагрузке при подключении инвертора к источнику напр жени  бесконечной мощности , крива  19 напр жени  при ограниченном значении емкости 10, крива  20 мгновенного значени  тока, крива  21 тока обратного диода.

Регул тор сварочного тока работает следующим образом.

В режиме холостого хода автономный инвертор 2 тока и инвертор 6 напр жени  имеют различные входные сопротивлени . Входное сопротивление инвертора 2 тока имеет малое значение. Оно определ етс  уравнением

Рит аХ2с/(Х2с/Рп+Рп),

где Хс - реактивное сопротивление коммутирующего конденсатора 12 инвертора 2 то- 5 ка;

Rn - сопротивление, определ емое потер ми в конденсаторе 12 и потер ми в магнитол роводе трансформатора 3 инвертора 2 тока;

10 а-коэффициент, определ емый схемой инвертора тока.

Очевидно, что при Rn сопротивление инвертора тока равно нулю. Сопротивление инвертора 6 напр жени  имеет

15 большое значение. Оно определ етс  большими значени ми сопротивлени  потерь холостого хода трансформатора 8. Таким образом , напр жение источника 1 посто нно- то тока практически полностью приложено

0 к инвертору б напр жени . Напр жение на сварочной нагрузке, подключенной к выводам 9 регул тора, в режиме холостого хода определ етс  коэффициентом трансформации трансформатора 8 и значением напр 5 жени  источника 1 посто нного тока. При по влении нагрузочного тока в сварочной цепи увеличиваетс  ток Id в цепи посто нного тока инвертора 6 напр жени , диоде 11 инвертора 2 тока и источнике 1. Суменьше0 нием сопротивлени  сварочной нагрузки и увеличением тока Id увеличиваетс  падение напр жени  на входном сопротивлении Рит автономного инвертора 2 тока и увеличиваетс  напр жение на трансформаторе 3 и

5 выпр мителе 5. В момент достижени  током в сварочной нагрузке критического значени  напр жение на выходе выпр мител  5 равно напр жению на входе инвертора б напр жени . Вентили выпр мител  5 начи0 нают проводить ток. Инвертор 2 тока переходит в нагрузочный режим. С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 его входное сопротивление увеличиваетс . Увеличиваетс  напр жение на выводах по5 сто нного тока инвертора 2 тока и уменьшаетс  значение напр жени  на выводах посто нного тока инвертора 6 напр жени , что приводит к уменьшению напр жени  на выводах 9 регул тора. Дальнейшее умень0 шение сопротивлени  сварочного контура приводит к увеличению входного сопротивлени  инвертора тока, что обеспечивает кру- топадающий . характер нагрузочной .характеристики регул тора. В рабочем ре5 жиме напр жени  на сварочной нагрузке и на входе инвертора напр жени  в 3-4 раза меньше значений этих напр жений режима холостого хода. Малые значени  напр жени  на сварочной нагрузке снижают веро тность повторного зажигани  в полупериоды, имеющие отрицательное напр жение на изделии и положительное напр жение на электроде . Дл  увеличени  значений напр жений в регул торе используетс  энерги , накопленна  в индуктивности дроссел  15 и индуктивности цепи тока сварочной нагрузки. Начина  с момента включени  обратного диода 17, происходит возврат этой энергии в конденсатор 10, Из-за малых значений емкости конденсатора 10 происходит быстрое нарастание напр жени  на конденсаторе 10 и, следовательно, на сварочной нагрузке. Напр жение на сварочной нагрузке (фиг.З, 19) увеличиваетс  практически до тех пор, пока ток нагрузки (фиг.З, 20) не изменит знак. При повторном зажигании дуги и изменении направлени  тока нагрузки напр жение на конденсаторе 10 уменьшаетс  до значений напр жени  на конденсаторе 7. При равенстве напр жений начинает проводить ток диод 11 и обеспечиваетс  передача энергии в инвертор б напр жени  и передача через трансформатор 8 к зажимам 9 и к сварочной нагрузке. Значение емкости конденсатора 7 больше емкости конденсатора 10. Напр жение на конденсаторе 7 в рабочем режиме измен етс  мало. Токи дросселей 13 и 14 имеют малые значени  переменной составл ющей, что необходимо дл  обеспечени  высокого КПД. Напр жени  на выходе инвертора 6 и на трансформаторе имеют пр моугольную форму. На фиг.З коммутационный интервал условно раст нут, При рабочих частотах, на которых проводитс  сварка, коммутационный интервал имеет длительность значительно меньше половины периода напр жени  на нагрузке.

Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки нагрузочна  характеристика регул тора имеет жесткую характеристику, а в режимах с малыми значени ми сопротивлени  сварочной нагрузки вольт-амперна  характеристика имеет крутопадающий характер. Одновременно при малых значени х напр жени  на сварочной нагрузке во врем  основной части полупериодов напр жение в начальной части при перемене знака тока сварки имеет повышенное значение. Это обеспечивает устойчивость повторного зажигани  сварочной дуги.

Экспериментальна  проверка показала , что предлагаемый регул тор сварочного

тока позвол ете 2-3 раза уменьшить потери в нем. Он позвол ет использовать трехфазную сеть 380 В, 50 Гц дл  производства сварочных работ, что увеличивает коэффициент мощности и обеспечивает равномерную загрузку фаз. Его отличительной особенностью  вл етс  высока  крутизна внешней характеристики, котора   вл етс  естественной и не требует устройств управлени . Регулирующим органом  вл етс  автономный инвертор тока, работающий на повышенной частоте. Инвертор тока обеспечивает высокие динамические характеристики . При работе автономного инвертора

на частоте 400-1000 Гц динамические характеристики предлагаемого регул тора в 5-10 раз выше, чем у трансформаторов с дроссел ми насыщени  и трансформаторов с тиристорными фазорегул торами, которые

работают на частоте сварочного тока 50 Гц.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока ко- торого через первый трансформатор и

реактор подсоединены к входу переменного тока выпр мител , а отрицательный вывод источника посто нного тока соединен, с первой обкладкой первого конденсатора и отрицательным выводом инвертора напр жени , а втора  обкладка первого конденсатора соединена с отрицательным выводом автономного инвертора тока, при этом выводы переменного тока инвертора напр жени  соединены с входом второго

трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени , в него введены диод и второй конденсатор , при этом анод диода соединен с отрицательным выводом автономного инвертора тока и положительным выводом выпр мител , катод диода объединен с первой обкладкой второго конденсатора и соединен с положительным выводом инвертора напр жени , а втора  обкладка

второго конденсатора соединена с отрицательным выводом инвертора, напр жени  и отрицательным выводом выпр мител , при- чем выход второго трансформатора соединен с выходными выводами регул тора.

1787082

Фиг. 4

Фие.2

Фм.:з