RU2011493C1 - Method and device for producing electric arc - Google Patents
Method and device for producing electric arc Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011493C1 RU2011493C1 SU4953162A RU2011493C1 RU 2011493 C1 RU2011493 C1 RU 2011493C1 SU 4953162 A SU4953162 A SU 4953162A RU 2011493 C1 RU2011493 C1 RU 2011493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- output
- voltage
- welding arc
- power source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройствам для питания сварочной дуги переменного тока, и может быть использовано в сварочных аппаратах с малым напряжением холостого хода. The invention relates to electrical engineering, in particular to a method and devices for powering an AC welding arc, and can be used in welding machines with low open-circuit voltage.
Известен способ возбуждения сварочной дуги, заключающийся в подаче напряжения источника питания на дуговой промежуток и коммутации витков обмотки трансформатора [1] . A known method of excitation of the welding arc, which consists in applying the voltage of the power source to the arc gap and switching the turns of the transformer winding [1].
Однако этот способ не обеспечивает эффективного запуска сварочной дуги при конструировании современных малогабаритных сварочных аппаратов. However, this method does not provide an effective start of the welding arc when designing modern small-sized welding machines.
Известно устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее ключ, вход которого соединен с выходом порогового элемента, первый вход которого подключен к первой выходной шине источника питания сварочной дуги [1] . A device for exciting the welding arc, containing a key, the input of which is connected to the output of the threshold element, the first input of which is connected to the first output bus of the power source of the welding arc [1].
Однако это устройство не обеспечивает эффективного запуска сварочной дуги. However, this device does not provide an effective start of the welding arc.
Наиболее близким к предлагаемому является способ возбуждения сварочной дуги, заключающийся в подаче на дуговой промежуток напряжения от источника питания сварочной дуги и импульсов возбуждения, реализованный в устройстве для возбуждения сварочной дуги, содержащем источник питания сварочной дуги, первая выходная шина которого является первой выходной шиной устройства, а вторая выходная шина соединена с первым выходом возбудителя импульсов зажигания [2] . Closest to the proposed method is the excitation of the welding arc, which consists in applying voltage to the arc gap from the power source of the welding arc and pulse pulses, implemented in a device for exciting the welding arc containing a power source of the welding arc, the first output bus of which is the first output bus of the device, and the second output bus is connected to the first output of the driver of the ignition pulses [2].
Однако известные способ и устройство также не позволяют обеспечить надежный запуск при напряжениях холостого хода источника питания сварочной дуги, так как ток через выходную индуктивность источника питания не может достичь быстро необходимого значения, что сказывается на качестве переходного процесса зажигания сварочной дуги, при напряжениях холостого хода источника питания сварочной дуги, близких к напряжению ее горения. However, the known method and device also does not allow reliable start-up at open-circuit voltages of the power source of the welding arc, since the current through the output inductance of the power source cannot quickly reach the required value, which affects the quality of the transient process of ignition of the welding arc, at open-circuit voltage of the source power of the welding arc, close to the voltage of its burning.
Целью изобретения является повышение надежности запуска при напряжениях холостого хода источника питания сварочной дуги, близких к напряжению ее горения. The aim of the invention is to increase the reliability of starting at open circuit voltages of the power source of the welding arc, close to the voltage of its burning.
Поставленная цель достигается тем, что в способе возбуждения сварочной дуги, заключающемся в подаче на дуговой промежуток напряжения от источника питания сварочной дуги и импульсов возбуждения, перед подачей импульса возбуждения закорачивают выход источника питания сварочной дуги на время нарастания тока короткого замыкания до уровня стабильного тока дуги. This goal is achieved by the fact that in the method of excitation of the welding arc, which consists in applying voltage to the arc gap from the power source of the welding arc and the excitation pulses, before supplying the excitation pulse, shorten the output of the welding arc power source for the duration of the increase in the short-circuit current to the level of the stable arc current.
Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее источник питания сварочной дуги, первая выходная шина которого является первой выходной шиной устройства, а вторая выходная шина соединена с первым выходом возбудителя импульсов зажигания, введены пороговый элемент и ключ, причем силовые выводы ключа соединены с выходными шинами источника питания сварочной дуги, к которым подключены входные выводы порогового элемента, выход которого соединен с входом управления ключа, а второй выход возбудителя импульсов зажигания подключен к второй шине источника питания сварочной дуги. This goal is also achieved by the fact that in the device for exciting the welding arc, containing a power source for the welding arc, the first output bus of which is the first output bus of the device, and the second output bus is connected to the first output of the exciter of the ignition pulses, a threshold element and a key are introduced, and power the key outputs are connected to the output buses of the welding arc power source, to which the input outputs of the threshold element are connected, the output of which is connected to the key control input, and the second output the driver of the ignition pulses is connected to the second bus of the power source of the welding arc.
Сущность изобретения заключается в том, что закорачивание выхода источника питания подготавливает источник питания к быстрому возбуждению дуги, так как ток через его индуктивность возрастает до необходимого значения, что определяет успешный запуск при малых напряжениях источника питания. The essence of the invention lies in the fact that the shortening of the output of the power source prepares the power source for rapid excitation of the arc, since the current through its inductance increases to the required value, which determines a successful start at low voltage of the power source.
На фиг. 1 дана функциональная схема устройства для возбуждения варочной дуги, реализующая предложенный способ; на фиг. 2 - ключ в транзисторном исполнении с пороговым элементом; на фиг. 3 - возбудитель импульсов зажигания для работы с транзисторным ключом; на фиг. 4 - предлагаемое устройство с ключом без использования полупроводниковых элементов и возбудителя импульсов зажигания; на фиг. 5 - выполнение ключа и порогового элемента, совмещенных в разряднике; на фиг. 6 - фазовый портрет возбуждения дуги; на фиг. 7 - временные диаграммы на выходе источника питания сварочной дуги; на фиг. 8 - временные диаграммы на выходе источника питания сварочной дуги с ключом без использования полупроводниковых элементов. In FIG. 1 is a functional diagram of a device for exciting a cooking arc that implements the proposed method; in FIG. 2 - a key in a transistor design with a threshold element; in FIG. 3 - driver of ignition pulses for operation with a transistor switch; in FIG. 4 - the proposed device with a key without the use of semiconductor elements and an exciter of ignition pulses; in FIG. 5 - execution of the key and the threshold element, combined in the arrester; in FIG. 6 - phase portrait of the excitation of the arc; in FIG. 7 - time diagrams at the output of the power source of the welding arc; in FIG. 8 is a timing diagram at the output of a welding arc power source with a key without using semiconductor elements.
Устройство для возбуждения сварочной дуги содержит источник 1 питания сварочной дуги, пороговый элемент 2, ключ 3, возбудитель 4 импульсов зажигания, выходные шины 5 и 6, к которым подключены электрод и деталь соответственно, образующие дуговой промежуток. Источник 1 питания сварочной дуги включает источник 7 возбуждения, дроссель 8, первую и вторую выходные шины 9 и 10 соответственно. Возбудитель 4 импульсов зажигания выполнен в виде импульсного трансформатора с первичной 11 и вторичной 12 обмотками. Силовые выводы 13 и 14 ключа 3 соединены с шинами 9 и 10 соответственно. A device for exciting the welding arc contains a
Ключ 3 в транзисторном выполнении (фиг. 2) содержит двуполярный лавинный диод 15, конденсаторы 16 и 17, биполярный транзистор 18, включенный последовательно в цепь первичной обмотки 19 импульсного трансформатора (блоки трансформатора), вторичная обмотка 20 которого включена с положительной обратной связью в его базовую цепь, с насыщающимся магнитопроводом 21. В эту же цепь включена первичная обмотка 22 трансформатора блокировки импульсов с насыщающимся сердечником 23 с зазором, вторичная обмотка 24 которого включена в цепь блокировки импульсов. Положительная обратная связь на базу биполярного транзистора 18 подается с обмотки 20 через цепь из параллельно включенных прямого диода 25, обратного диода 26 и резистора 27. Резистор 28, включенный между коллектором и базой биполярного транзистора 18, образует с резистором 27 делитель напряжения с коллектора на базу. Резистор 29 подсоединен к базе биполярного транзистора 18 от конденсатора 30 блокировки импульсов. Диод 31 включен в обратном направлении с вторичной обмоткой 24 трансформатора блокировки импульсов. Стабилитрон 32 включен параллельно первичной обмотке 22 трансформатора блокировки импульсов. Диоды 33.1. . . 33.4 образуют выпрямительный мост, в диагональ которого включен транзисторный блокинг-генератор и стабилитрон 34, зашунтированный конденсатором 17. Обмотка 35 дросселя с насыщающимся магнитопроводом 36 включена в последовательную цепь с диодом 37, шунтирующую обмотки 19 и 20 импульсного трансформатора. The
Резисторы 27 и 28 и эмиттер - базовый переход транзистора 18 выполняют роль порогового элемента 2.
Возбудитель 4 импульсов зажигания для работы с транзисторным ключом (фиг. 3) содержит двуполярный лавинный диод 15, комбинированный конденсатор в виде конденсаторов 38 и 93, стабилитроны 40 и 41, магнитный ключ 42 в виде дросселя с одной обмоткой, двухобмоточный трансформатор 43 и магнитные ключи 44 и 45 в виде двухобмоточных дросселей с конденсаторами 46-48. The driver 4 ignition pulses for operation with a transistor switch (Fig. 3) contains a
Ключ без использования полупроводниковых элементов (фиг. 4) содержит повышающий трансформатор с первичной обмоткой 49, вторичной обмоткой 50 и насыщающимся сердечником 51, магнитный ключ 52 в виде дросселя с одной обмоткой, зашунтированной резистором 53, конденсаторы 54-56, магнитный ключ 57 в виде двухобмоточного дросселя, магнитный ключ 58 в виде дросселя с одной обмоткой, трансформатор 59 с насыщающимся сердечником, магнитные ключи 60-62 в виде двухобмоточных дросселей с конденсаторами 63-67. The key without the use of semiconductor elements (Fig. 4) contains a step-up transformer with a
Ключ и пороговый элемент, совмещенные в разряднике 68 (фиг. 5), содержат конденсатор 69, резистор 70 и конденсатор 71. The key and the threshold element, combined in the arrester 68 (Fig. 5), contain a capacitor 69, a resistor 70 and a
Магнитные ключи 42, 44, 45, 57, 58, 60, 61 и 62 выполнены с насыщающимся магнитопроводом. При этом количество магнитных ключей определяется необходимостью получения на выходе возбудителя 4 импульсов высоковольтного мощного импульса малой длительности. Построение магнитного ключа в виде двухобмоточного дросселя с конденсатором позволяет подать на последующий магнитный ключ напряжение обратного знака для предварительной установки магнитной индукции магнитопровода следующего каскада, что дает практически двойной диапазон изменения магнитной индукции и примерно двойное укорачивание (сжатие, компрессию) длительности выходного импульса со следующего магнитного ключа. Это подтверждается следующей формулой
= , (1) где t1, t2 - длительность входного и выходного импульсов соответственно:
ΔВ - перепад индукции в сердечнике от нулевого состояния до насыщения, обычно меньше Вs;
μнас - магнитная проницаемость насыщенного магнитопровода;
Эc - энергия, запасаемая в конденсаторе;
V - объем магнитопровода.
= , (1) where t 1 , t 2 - the duration of the input and output pulses, respectively:
ΔВ is the induction difference in the core from the zero state to saturation, usually less than B s ;
μ us is the magnetic permeability of the saturated magnetic circuit;
E c is the energy stored in the capacitor;
V is the volume of the magnetic circuit.
Источник 1 питания дуги представляет собой источник напряжения с индуктивным выходным сопротивлением, описываемый следующей системой уравнений
= (E-i/ϒ),
= (ai2ϒ-1/2-ϒ), (2)
i(0) = 0, γ(0) = γo где i - ток дуги; t - текущее время;
L - индуктивность дросселя 8, равная, например, 10-3 Гн;
Е - мгновенное напряжение, равное, например, 45 В;
γ - проводимость дугового промежутка;
γo - проводимость дугового промежутка после действия импульса возбуждения, равное, например 0,0935 Сим;
τ - постоянная времени дуги;
а - коэффициент = 0,003.The
= (Ei / ϒ),
= (ai 2 ϒ -1/2 -ϒ), (2)
i (0) = 0, γ (0) = γ o where i is the arc current; t is the current time;
L is the inductance of the inductor 8, equal, for example, 10 -3 GN;
E is the instantaneous voltage equal to, for example, 45 V;
γ is the conductivity of the arc gap;
γ o - the conductivity of the arc gap after the action of the excitation pulse, equal, for example, 0.0935 Sim;
τ is the arc time constant;
and - coefficient = 0.003.
Для возбуждения сварочной дуги перед подачей импульса возбуждения от возбудителя 4 импульсов зажигания закорачивают при помощи ключа 3 выход источника 1 питания сварочной дуги. Это происходит после срабатывания порогового элемента 2 при достижении напряжением источника 1 определенного значения и поступления с выхода порогового элемента 2 импульса включения на вход управления ключа 3. При этом напряжение на выходных шинах 9 и 10 равно 0, а ток источника 1 возрастает от 0 до значения ≈ 5,5 А (см. фиг. 6, вид по стрелке 72, метки времени через 10 мкм). Полагая, что этот ток соответствует уровню стабильного тока дуги, подают импульс возбуждения от возбудителя 4, вызывающий в дуговом промежутке между выходными шинами 5 и 6, к которым подключены электрод и деталь, проводимость γo = 0,0935 Сим. На фазовом портрете (фиг. 6) γoизображена прямой линией 73. Ключ 3 размыкают, в результате чего точка в фазовом пространстве движется по траектории 74 за время порядка 0,1 - 0,2 мкс. За это время ток не успевает измениться. Проводимость γ дугового промежутка при τ = 10 - 300 мкс также не изменяется. Поэтому напряжение - ток дуги - точка 75 устанавливается в течение десятых долей микросекунды.To excite the welding arc before applying the excitation pulse from the pathogen, 4 ignition pulses are short-circuited using the
Дальнейшее движение точки в фазовом пространстве описывается системой уравнений (1), в которой имеется два инерционных объекта: дуга с постоянной времени τ и индуктивность L. Further movement of the point in the phase space is described by the system of equations (1), in which there are two inertial objects: an arc with a time constant τ and inductance L.
Фазовые траектории дальнейшего движения точки показаны для двух постоянных времени дуги: 20 и 100 мкс - линии 76 и 77 соответственно. Они быстро выходят на статическую характеристику дуги - линия 78. Для сравнения эффективности предлагаемого способа возбудения на фиг. 6 даны фазовые траектории 79 и 80 для дуги с τ1= 100 и τ2 = 20 мкс соответственно при известном способе возбуждения. Можно видеть, что траектория 79 характеризует медленное возбуждение, а траектория 80 - прерывание дуги.The phase trajectories of the further point motion are shown for two arc time constants: 20 and 100 μs -
Для выполнения устройства по фиг. 2 напряжение с выходных шин 9 и 10 источника 1 через выпрямительный мост на диодах 33.1-33.4 поступает на блокинг-генератор, порог срабатывания которого определяется отношением резисторов 27 и 28 и напряжением база-эмиттер транзистора 18. Длительность импульсов блокинг-генератора определяется временем насыщения магнитопровода 21 трансформатора. Сердечник 23 трансформатора блокировки импульсов выполнен с воздушным зазором для накопления энергии от тока блокинг-генератора, которая при окончании импульса поступает через диод 31 в конденсатор 30 и через резистор 29 увеличивает порог элемента 2, запрещая генерацию второго импульса. Стабилитрон 34 с конденсатором 17 служит для защиты трансформатора от перенапряжений, а двуполярный лавинный диод 15 с конденсатором 16 - для защиты выхода источника 1 питания. По окончании импульса блокинг-генератора ток ключа 3, протекающий по первичной обмотке 11, прорывается, что вызывает появление высоковольтного импульса во вторичной обмотке 12, поджигающего дугу. Таким образом, прекращение короткого замыкания выхода источника 1 питания автоматически синхронизировано с импульсом возбуждения. To implement the device of FIG. 2, the voltage from the
На фиг. 7 а, б, в показаны напряжения на шинах 9 и 10 в различных масштабах времени; на фиг. 7г - ток ключа 3. In FIG. 7 a, b, c show voltages on
Пример реализации предлагаемого устройства с конкретным выполнением возбудителя 4 импульсов зажигания для случая работы с транзисторным ключом 3 изображен на фиг. 3. An example implementation of the proposed device with a specific implementation of the pathogen 4 ignition pulses for the case of operation with the
При размыкании ключа 3 ток дросселя 8 пробивает лавинный диод 15 и заряжает конденсаторы 38 и 39. Магнитный ключ 42 насыщается (срабатывает) и через трансформатор 43 передает энергию конденсатору 46. Затем магнитные ключи 44 и 45 последовательно передают энергию в конденсаторы 47 и 48, укорачивая длительность импульсов и увеличивая ток. Импульс с фронтом 0,05 мкс поступает на первичную обмотку 11 возбудителя 4 и через вторичную обмотку 12 на разрядный промежуток. Практически при токе транзистора 5 А ток магнитного ключа 45 равен 200 А. When the
В устройстве на фиг. 4 совмещены ключ 3 и пороговый элемент 2, роль которых выполняет магнитный ключ 52 и конденсаторы 54 и 55. При достижении площади фронта импульса напряжения порог срабатывания магнитный ключ 52 замыкается, в первый момент времени для выхода источника 1 - это короткое замыкание. Затем на конденсаторах 54 и 55 возрастает напряжение. Магнитный ключ 57 срабатывает и аналогично возбудителю 4 по фиг. 3 формирует необходимый высоковольтный укороченный импульс возбуждения на дуговой промежуток. In the device of FIG. 4, the
Большим преимуществом предлагаемого устройства по фиг. 4 является отсутствие малонадежных полупроводниковых элементов. The great advantage of the device of FIG. 4 is the lack of unreliable semiconductor elements.
Временные диаграммы устройства по фиг. 4 представлены на фиг. 8:
а) напряжение на шинах 9 и 10;
б) напряжение на выходе ключа 52;
в) ток ключа 52;
г) ток источника 1 питания дуги;
д) напряжение на дуговом промежутке;
ж) напряжение на входе ключа 61 без предустановки магнитной индукции (однообмоточный дроссель);
з) то же, с предустановкой (виден эффект возрастания);
и) амплитуда напряжения на одном витке обмоток трансформатора возбудителя 4 импульсов с предустановкой и без.Timing diagrams of the device of FIG. 4 are presented in FIG. 8:
a) the voltage on the
b) the voltage at the output of the
c) key current 52;
g) the
e) voltage across the arc gap;
g) the voltage at the input of the key 61 without pre-installation of magnetic induction (single-wound inductor);
h) the same with a preset (the increasing effect is visible);
i) the amplitude of the voltage on one turn of the windings of the transformer of the exciter 4 pulses with and without preset.
На фиг. 5 пороговый элемент 2 и ключ 3 совмещены и выполнены на разряднике 68. In FIG. 5, the
При работе при поступлении переднего фронта импульса напряжения через конденсатор 71 разрядник 68 дает серию коротких замыканий через обмотку 49 трансформатора, а импульсы возбуждения, подаваемые на дуговой промежуток, также способствуют короткому замыканию выхода источника 1 и росту тока через дроссель 8. When working when the leading edge of the voltage pulse arrives through the
Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют разработать малогабаритные безопасные сварочные аппараты. Thus, the proposed method and device allows to develop small-sized safe welding machines.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953162 RU2011493C1 (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Method and device for producing electric arc |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953162 RU2011493C1 (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Method and device for producing electric arc |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011493C1 true RU2011493C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21583344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4953162 RU2011493C1 (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Method and device for producing electric arc |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2011493C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469826C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Сергей Михайлович Анпилов | Method of exciting electric arc and device to this end |
-
1991
- 1991-06-27 RU SU4953162 patent/RU2011493C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469826C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Сергей Михайлович Анпилов | Method of exciting electric arc and device to this end |
WO2012177177A2 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Anpilov Sergej Mikhajlovich | Method for initiating an electric arc and device for the implementation thereof |
WO2012177177A3 (en) * | 2011-06-20 | 2013-03-21 | Anpilov Sergej Mikhajlovich | Method for initiating an electric arc and device for the implementation thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6104143A (en) | Exciter circuit with solid switch device separated from discharge path | |
US3235769A (en) | Starting circuit for discharge lamps | |
US5032969A (en) | Turbine engine igniter exciter circuit | |
US4959593A (en) | Two-lead igniter for HID lamps | |
GB1342026A (en) | Ballast for gas discharge lamp | |
US4918569A (en) | Regulated forward converter for generating repeating spark discharge pulses | |
US3331034A (en) | Converter stabilizing circuit | |
US3189790A (en) | Starting and operating circuit for gas discharge lamps | |
SU575050A3 (en) | Contactor | |
RU2011493C1 (en) | Method and device for producing electric arc | |
US3870028A (en) | Ignition system for internal combustion engines | |
US3949273A (en) | Burner ignition system | |
JP4221208B2 (en) | Ignition device and ignition method | |
JP3167353B2 (en) | Flash light emitting device | |
EP0589603B1 (en) | Exciter circuits and methods with protective measures for solid state switches | |
RU2103125C1 (en) | Ac welding arc striker | |
US3359484A (en) | Power supply apparatus | |
US3576467A (en) | High voltage spark generator from low voltage supply | |
JP2722574B2 (en) | Electronic flash device | |
US3453492A (en) | Capacitor discharge ignition system | |
JP2722575B2 (en) | Electronic flash device | |
RU2155120C1 (en) | Process of initiation of electric arc and device for its realization | |
JPS6137982Y2 (en) | ||
RU2097910C1 (en) | Pulse generator | |
US4058743A (en) | Pulse generating circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080628 |