RU2018424C1

RU2018424C1 - Power source of direct-current welding arc

Info

Publication number: RU2018424C1
Application number: SU5013799/08A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Мишачев; Алексей Васильевич Романов; Александр Иванович Бардин
Original assignee: Александр Петрович Мишачев; Алексей Васильевич Романов; Александр Иванович Бардин
Priority date: 1991-11-28
Filing date: 1991-11-28
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: welding technology. SUBSTANCE: source has input rectifying unit, power voltage converter consisting of semiconductor keys and power transformer, output rectifier and choke coil, control unit with control transformer, limiting choke coil, current transformer and liminal device. EFFECT: enhanced quality of weld, enhanced source efficiency and reliability resulting in proportional increase of the welding current in case of parallel connection and in using both three-phase and one-phase networks for the power source. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электродуговой сварке в части, к малогабаритным источникам питания для сварки электрической дугой постоянного тока. The invention relates to electric arc welding in part, to small-sized power sources for welding with an electric arc of direct current.

Цель изобретения - повышение потребительских качеств источника питания сварочной дуги постоянного тока, улучшение качества сварного шва, повышение КПД и надежности, пропорциональное увеличение величины сварочного тока параллельным соединением источников и использование для питания источника как трехфазной, так и однофазной сети. The purpose of the invention is to improve the consumer qualities of the power source of the DC welding arc, improve the quality of the weld, increase the efficiency and reliability, proportionally increase the value of the welding current by parallel connection of sources and use both three-phase and single-phase networks to power the source.

На чертеже представлена схема источника питания сварочной дуги постоянного тока. The drawing shows a diagram of a power source for a DC welding arc.

Источник содержит входной выпрямительный блок 1, силовой преобразователь 2, состоящий из полупроводниковых ключей 3 и сварочного трансформатора 4, выходной выпрямитель 5, дроссель 6, включенный в сварочную цепь, устройство 7 управления с задающим генератором 8 и формирователем 9, выход которого связан с управляющим трансформатором 10, ограничивающий дроссель 11, включенный последовательно с первичной обмоткой 12 трансформатора 4, цепи 13 запуска, токовая и дополнительная обмотки 14 и 15 трансформатора 10, пороговое устройство 16, дуговой промежуток 17, трансформатор 18 тока с выходной обмоткой 19, источник 20 вспомогательных напряжений, дополнительные обмотки 21 и 22 соответственно дросселя 11 и трансформатора 4, задатчик 23 тока дуги. The source contains an input rectifier unit 1, a power converter 2, consisting of semiconductor switches 3 and a welding transformer 4, an output rectifier 5, a choke 6 included in the welding circuit, a control device 7 with a master oscillator 8 and a shaper 9, the output of which is connected to a control transformer 10, a limiting inductor 11, connected in series with the primary winding 12 of the transformer 4, the start circuit 13, the current and additional windings 14 and 15 of the transformer 10, the threshold device 16, the arc gap 1 7, a current transformer 18 with an output winding 19, an auxiliary voltage source 20, additional windings 21 and 22 of the inductor 11 and transformer 4, respectively, an arc current setter 23.

При подключении источника к первичной сети выпрямительный блок 1 обеспечивает выпрямление и при необходимости сглаживание переменного сетевого напряжения. Выпрямленное сетевое напряжение с выхода блока 1 поступает на силовой преобразователь 2, который осуществляют преобразование постоянного напряжения в импульсное напряжение высокой частоты. When the source is connected to the primary network, the rectifier unit 1 provides rectification and, if necessary, smoothing of the alternating mains voltage. The rectified mains voltage from the output of unit 1 is supplied to a power converter 2, which converts a constant voltage into a high-frequency pulse voltage.

Преобразователь 2 может работать в автоколебательном режиме либо в режиме независимого возбуждения. Автоколебательный преобразователь 2 при поступлении на него напряжения с выхода блока 1 самовозбуждается благодаря наличию цепей 13 запуска и обмоток 14, 15, 21 и 22, обеспечивающих замыкание контура положительной обратной связи преобразователя 2, и начинает работать в автоколебательном режиме. При этом вход источника 20 вспомогательных напряжений может быть подключен к обмоткам 21, 22. Источник 20 осуществляет подачу питающих напряжений на узлы (8, 9, 16, 23) путем выпрямления и стабилизации переменного импульсного напряжения с последовательно соединенных обмоток 21 и 22, что позволяет обеспечить питание этих узлов вне зависимости от режима работы источника питания сварочной дуги (холостой ход, короткое замыкание дугового промежутка 17, рабочий режим) и избавиться от дополнительного сетевого трансформатора. Converter 2 can operate in self-oscillating mode or in independent excitation mode. Self-oscillating transducer 2 when voltage is supplied to it from the output of block 1 is self-excited due to the presence of start circuits 13 and windings 14, 15, 21 and 22, which provide closure of the positive feedback loop of transducer 2, and starts to operate in self-oscillating mode. In this case, the input of the auxiliary voltage source 20 can be connected to the windings 21, 22. The source 20 supplies the supply voltage to the nodes (8, 9, 16, 23) by rectifying and stabilizing the alternating pulse voltage from the windings 21 and 22 connected in series, which allows provide power to these nodes regardless of the operating mode of the welding arc power source (idle, short circuit of the arc gap 17, operating mode) and get rid of the additional mains transformer.

Если преобразователь 2 работает в режиме независимого возбуждения, то требуется введение дополнительного согласующего устройства, например сетевого трансформатора, через который источник 20 должен подключаться непосредственно к входу (или выходу) блока 1. В этом случае необходимости в цепях 13 запуска нет и могут отсутствовать также обмотки 21, 22 и 15. При подключении источника питания сварочной дуги к питающей сети устройство 7 управления вырабатывает импульсы управления ключами 3 и преобразователь 2 начинает работать в режиме назависимого возбуждения. If the converter 2 operates in the independent excitation mode, then an additional matching device is required, for example, a network transformer, through which the source 20 must be connected directly to the input (or output) of block 1. In this case, there is no need for start circuits 13 and windings may also be missing 21, 22 and 15. When the power source of the welding arc is connected to the mains supply, the control device 7 generates control pulses for the keys 3 and the converter 2 starts to work in the independent mode excitement.

И в случае автоколебательного преобразователя 2, и в случае преобразователя с независимым возбуждением частота преобразования задается генератором 8, выходные импульсы которого усиливаются и формируются формирователем 9. Для снижения потерь энергии на управление ключами 3 вводится токовая обмотка 14, которая передает основную мощность управления и обеспечивает ток управления ключами 3, пропорциональный току в сварочной цепи. При этом потери энергии на управление мощными полупроводниковыми ключами 3 существенно сокращаются за счет пропорционально-токового управления и отсутствия ограничительных резисторов во входных цепях ключей 3. Формирователь 9, воздействуя через трансформатор 10 на ключи 3, управляет их переключениями с частотой, задаваемой генератором 8. Both in the case of a self-oscillating converter 2, and in the case of a converter with independent excitation, the conversion frequency is set by the generator 8, the output pulses of which are amplified and generated by the driver 9. To reduce energy losses to control the keys 3, a current winding 14 is introduced, which transmits the main control power and provides current key control 3, proportional to the current in the welding circuit. In this case, the energy loss for controlling powerful semiconductor switches 3 is significantly reduced due to proportional-current control and the absence of limiting resistors in the input circuits of the switches 3. The former 9, acting through the transformer 10 on the switches 3, controls their switching with the frequency set by the generator 8.

Трансформатор 18 осуществляет преобразование тока в первичной обмотке 12 сварочного трансформатора 4 в напряжение, которое снимается с обмотки 19 и поступает на пороговое устройство 16. При превышении этим напряжением порогового значения в режимах, близких к короткому замыканию дугового промежутка 17, пороговое устройство 16, воздействуя на генератор 8, повышает его частоту. При этом индуктивное сопротивление дросселя 11 увеличивается, а амплитуда тока в обмотке 12 не превышает заданного уровня. Второй выход устройства 16 может подключаться к формирователю 9. The transformer 18 converts the current in the primary winding 12 of the welding transformer 4 into a voltage that is removed from the winding 19 and supplied to the threshold device 16. When this voltage is exceeded, the threshold value in the modes close to the short circuit of the arc gap 17, the threshold device 16, acting on generator 8, increases its frequency. In this case, the inductance of the inductor 11 increases, and the amplitude of the current in the winding 12 does not exceed a predetermined level. The second output of the device 16 can be connected to the shaper 9.

Введение в диагональ переменного тока преобразователя 2 последовательно с первичной обмоткой 12 трансформатора 4 ограничивающего дросселя 11 трансформатора 18 тока со связанным с ним пороговым устройством 16 позволяет сформировать требуемую крутопадающую внешнюю характеристику, параметры которой могут регулироваться в широких пределах путем изменения частоты преобразования, осуществить коррекцию ее низкоомного участка в сторону уменьшения тока, что дает возможность избежания бросков тока при уменьшении сопротивления дугового промежутка 17 в процессе переноса металла или при коротких замыканиях, фиксировать ток короткого замыкания на любом заданном уровне. При этом разбрызгивание металла в процессе сварки уменьшается, улучшается качество шва, снижаются потери энергии и устраняются перегрузки в силовых элементах, что в свою очередь ведет к повышению КПД и надежности источника, ток дуги может быть увеличен в соответствующее число раз за счет возможности параллельного соединения источников, а отсутствие связи сварочного трансформатора 4 с нулевым проводом трехфазной сети позволяет выполнять источник различных модификаций: с питанием от трехфазной сети и с питанием от однофазной сети. The introduction into the diagonal of the alternating current transformer 2 in series with the primary winding 12 of the transformer 4 of the limiting inductor 11 of the current transformer 18 with the associated threshold device 16 allows you to generate the desired steep-drop external characteristic, the parameters of which can be controlled over a wide range by changing the conversion frequency, to correct its low resistance section in the direction of reducing current, which makes it possible to avoid inrush currents while reducing the resistance of the arc between 17 in the process of transferring metal or during short circuits, fix the short circuit current at any given level. At the same time, metal spatter during the welding process is reduced, the quality of the weld is improved, energy losses are reduced and overloads in power elements are eliminated, which in turn leads to an increase in the efficiency and reliability of the source, the arc current can be increased by an appropriate number of times due to the possibility of parallel connection of sources and the lack of connection of the welding transformer 4 with the neutral wire of a three-phase network allows the source of various modifications to be made: powered by a three-phase network and powered by a single-phase network.

К одному и тому же техническому результату в совокупности с другими существенными признаками приводит введение вместо ограничивающего дросселя развитого нормируемого магнитного потока рассеяния сварочного трансформатора 4, который может быть предусмотрен его конструкцией. The same technical result, in conjunction with other essential features, leads to the introduction of a developed normalized magnetic flux of the scattering of the welding transformer 4, which may be provided by its design, instead of a limiting inductor.

Регулирование тока дуги может осуществляться двумя путями. Во-первых, с помощью внешнего управления значением порогового напряжения устройства 16, которое при снижении порога может осуществлять регулирование частоты не только в режимах, близких к короткому замыканию, но и в режиме сварки. Внешняя характеристика источника при этом близка к штыковой. Во-вторых, с помощью специально введенного для этой цели задатчика 23 тока дуги, который внешней ручной регулировкой позволяет регулировать частоту генератора 8, изменяя, например, постоянную времени времязадающей цепи генератора 8. Регулирования частоты преобразования в режиме холостого хода не требуется, поскольку в этом режиме ток дуги отсутствует. Поэтому, чтобы не повышать частоту преобразования при холостом ходе, вход задатчика 23 может быть соединен с выходом выпрямителя 5. В режиме сварки или короткого замыкания в выходном напряжении выпрямителя 5 появляется пауза на нулевом уровне, которая может быть использована как разрешающий сигнал для повышения частоты преобразования в соответствии с выставленной регулировкой только на время дуги или короткого замыкания. Таким образом, при холостом ходе частота генератора 8 и, следовательно, частота преобразования минимальна и не зависит от положения регулировки задатчика 23, а во время сварки частота может быть более высокой, если регулировка выведена в сторону уменьшения тока дуги. Arc current can be controlled in two ways. Firstly, by means of external control of the threshold voltage value of the device 16, which, when the threshold is lowered, can regulate the frequency not only in modes close to short circuit, but also in welding mode. The external characteristic of the source is close to the bayonet. Secondly, by means of a specially set for this purpose setter 23 arc current, which external manual adjustment allows you to adjust the frequency of the generator 8, changing, for example, the time constant of the timing circuit of the generator 8. Regulation of the conversion frequency in idle mode is not required, because this arc current mode is absent. Therefore, in order not to increase the conversion frequency at idle, the input of the setter 23 can be connected to the output of the rectifier 5. In the welding or short circuit mode, a pause at zero level appears in the output voltage of the rectifier 5, which can be used as an enable signal to increase the conversion frequency in accordance with the set adjustment only for the duration of the arc or short circuit. Thus, at idle, the frequency of the generator 8 and, therefore, the conversion frequency is minimal and does not depend on the adjustment position of the setter 23, and during welding, the frequency can be higher if the adjustment is brought down to reduce the arc current.

Таким образом введендие новых элементов и связей повышает потребительские качества источника питания сварочной дуги постоянного тока. Thus, the introduction of new elements and connections increases the consumer qualities of the power source of the DC welding arc.

Claims

1. A DC POWER SUPPLY FOR THE WELDING ARC, containing an input rectifier block, connected to the input of a power converter consisting of semiconductor switches and a welding transformer, the secondary winding of which is connected to the output rectifier, a choke included in the welding circuit, a control device with a control transformer, outputs connected with semiconductor switches, characterized in that a limiting inductor, current transformer, threshold device are introduced into it, moreover, The inductor and current transformer are connected in series with the primary winding of the welding transformer, the output winding of the current transformer is connected through a threshold device to the input of the control device.

2. The source according to claim 1, characterized in that the control device further comprises a series-connected arc current master, a master oscillator and a driver, the output of which is connected to the input winding of the control transformer, the output windings of which are connected to the outputs of the control device, the input of which is connected to the second the input of the master oscillator, the input of the arc current generator is connected to the output of the output rectifier.

3. The source according to claim 1, characterized in that the limiting inductor, welding transformer and control transformer are made with additional windings interconnected in series.

4. The source according to claim 1, characterized in that the control transformer is made with a current winding connected in series with the primary winding of the welding transformer.