RU2086372C1

RU2086372C1 - Single-phase welding rectifier

Info

Publication number: RU2086372C1
Application number: RU92010039A
Authority: RU
Inventors: А.С. Киселев; Р.И. Дедюх; Н.А. Азаров
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1997-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; electric arc welding with consumable electrode. SUBSTANCE: single-phase rectifier with electronic current control provides high stability of welding process at welding with low currents of 15-90 A which makes it possible to weld thin-sheet structures, thickness 0.8-1.5 mm, of carbon and high alloy steels with electrodes, diameter of 2.6-3.25 mm. When welding metal of larger thickness quality of weld joint is increased owing to dynamic action of arc onto welding pool, increase in penetration depth and improved metal crystallization conditions. Ease of arc striking and high stability of arc, insignificant losses of metal for sputtering and high power characteristics, wide range of smooth regulation and convenience in operation make it possible to advantageously use rectifier under any operating conditions at home, small plants, automobile repair shops and in fitter's jobs. Single-phase has transformer, thyristor rectifier with control and injection unit, phase control device, two threshold devices, and symmetrical thyristor with control unit and delay line. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сварке и может быть использовано для электродуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка. The invention relates to welding and can be used for electric arc welding with a consumable electrode with short circuits of the arc gap.

Известен однофазный сварочный выпрямитель, содержащий трансформатор с двумя вторичными обмотками большего и меньшего напряжения, сглаживающий дроссель, два диода и четыре тиристора, соединение которых между собой, с выводами трансформатора и с выходной цепью обеспечивает получение двух управляемых выпрямительных мостов с общей диагональю, реализующих работу устройства в режимах сварки, заряда аккумуляторов и стартерного пуска двигателей автомобилей [1]
К недостаткам известного выпрямителя можно отнести большие габариты, масса и стоимость сглаживающего дросселя, включенного последовательно в сварочную цепь. При этом дополнительная индуктивность в сварочной цепи ограничивает скорость нарастания тока при коротком замыкании дугового промежутка. Кроме того, перенос электродного металла сопровождается повышенным разбрызгиванием, так как разрушение перемычки происходит при большой величине тока.Known single-phase welding rectifier containing a transformer with two secondary windings of higher and lower voltage, a smoothing inductor, two diodes and four thyristors, the connection of which with each other, with the terminals of the transformer and with the output circuit provides two controlled rectifier bridges with a common diagonal, realizing the operation of the device in the modes of welding, battery charge and starter start of car engines [1]
The disadvantages of the known rectifier include the large dimensions, weight and cost of a smoothing inductor, connected in series in the welding circuit. In this case, the additional inductance in the welding circuit limits the slew rate of the current during a short circuit of the arc gap. In addition, the transfer of the electrode metal is accompanied by increased spraying, since the destruction of the jumper occurs at a large current.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является сварочный выпрямитель [2] содержащий трансформатор, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, фазорегулирующее устройство, блок управления тиристорами выпрямителя, два пороговых устройства и блок подпитки, состоящий из дополнительного выпрямителя, дросселя и балластного резистора. The closest in technical essence to the invention is a welding rectifier [2] containing a transformer, a half-wave thyristor rectifier, a phase control device, a rectifier thyristor control unit, two threshold devices and a make-up unit consisting of an additional rectifier, inductor and ballast resistor.

Выпрямитель обеспечивает одновременное питание дуги от малоамперного блока подпитки и тиристорного выпрямителя, что повышает стабильность горения дуги и позволяет исключить из цепи тиристорного выпрямителя сглаживающий дроссель. При этом улучшаются массогабаритные показатели выпрямителя. Предложенный алгоритм работы выпрямителя предусматривает ограничение тока в сварочной цепи при коротком замыкании межэлектродного промежутка путем запрета включения выпрямителя, что предотвращает "примерзание" электрода к изделию при начальном возбуждении дуги. The rectifier provides simultaneous supply of the arc from the small-ampere feeding unit and the thyristor rectifier, which increases the stability of the arc burning and eliminates the smoothing reactor from the thyristor rectifier circuit. This improves the overall dimensions of the rectifier. The proposed rectifier operation algorithm provides for limiting the current in the welding circuit during a short circuit of the interelectrode gap by prohibiting the rectifier from being turned on, which prevents the electrode from freezing to the product during initial arc excitation.

Недостатком известного выпрямителя является зависимость характера разрушения перемычки от длительности короткого замыкания. В частности, если короткое замыкание начинается и заканчивается в одном полупериоде при включенных тиристорах, то вследствие невозможности их отключения до конца полупериода разрыв перемычки будет происходить при текущем значении тока короткого замыкания тиристорного выпрямителя, величина которого может достигать амплитудного значения, что приводит к повышенному разбрызгиванию электродного металла. A disadvantage of the known rectifier is the dependence of the nature of the destruction of the jumper on the duration of the short circuit. In particular, if a short circuit starts and ends in one half-cycle with thyristors turned on, then because of the impossibility of turning them off before the end of the half-cycle, the jumper will break at the current value of the short-circuit current of the thyristor rectifier, the value of which can reach an amplitude value, which leads to increased spatter of the electrode metal.

Если же короткое замыкание заканчивается в одном из последующих полупериоде, то в соответствии с алгоритмом ток в сварочной цепи ограничивается до величины, определяемой малоамперным блоком подпитки. В этом случае длительность короткого замыкания затягивается, что приводит к нарушению технологической устойчивости. If the short circuit ends in one of the subsequent half-periods, then in accordance with the algorithm, the current in the welding circuit is limited to a value determined by the small-ampere feeding unit. In this case, the duration of the short circuit is delayed, which leads to a violation of technological stability.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей выпрямителя путем повышения технологической устойчивости и уменьшения разбрызгивания электродного металла. The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the rectifier by increasing technological stability and reducing spatter of the electrode metal.

Указанная цель достигается тем, что в известный выпрямитель, содержащий трансформатор, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, фазорегулирующее устройство, блок управления тиристорами выпрямителя, два пороговых устройства и блок подпитки, введен симметричный тиристор, подключенный к входу тиристорного выпрямителя параллельно основной вторичной обмотке трансформатора, блок управления симметричном тиристором и линия задержки, вход которой соединен с выходом первого порогового устройства, а выход с запрещающими входами блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами выпрямителя, при этом разрешающие входы блока управления симметричным тиристором и блока управления тиристорами соединены с выходом второго порогового устройства, а входы первого и второго пороговых устройств подключены к дуговому промежутку. This goal is achieved by the fact that in a known rectifier containing a transformer, a half-wave thyristor rectifier, a phase control device, a rectifier thyristor control unit, two threshold devices and a recharge unit, a symmetric thyristor is introduced, connected to the input of the thyristor rectifier parallel to the main secondary winding of the transformer, the symmetric control unit thyristor and a delay line, the input of which is connected to the output of the first threshold device, and the output with the inhibit inputs of the control unit phenomena by a symmetric thyristor and a rectifier thyristor control unit, while the enable inputs of the symmetric thyristor control unit and thyristor control unit are connected to the output of the second threshold device, and the inputs of the first and second threshold devices are connected to the arc gap.

На фиг. 1 представлена функциональная схема сварочного выпрямителя; на фиг. 2 временные диаграммы сварочного тока и напряжения на дуговом промежутке. In FIG. 1 shows a functional diagram of a welding rectifier; in FIG. 2 time diagrams of the welding current and voltage on the arc gap.

Однофазный сварочный выпрямитель для дуговой сварки покрытыми электродами содержит трансформатор 1, параллельно вторичной обмотке 2 которого подключены симметричный тиристор 3 и двухполупериодный тиристорный выпрямитель 4, а к дополнительной вторичной обмотке 5 подключен блок подпитки 6, выход которого соединен параллельно с выходом двухполупериодного тиристорного выпрямителя 4 и дуговым промежутком 7. К дуговому промежутку 7 также подключены входы первого 8 и второго 9 пороговых устройств. Кроме того, выпрямитель содержит блок управления тиристорами выпрямителя 10 блок управления симметричным тиристором 11, запрещающие входы которых подключены через линию задержки 12 к выходу первого порогового устройства 8, а разрешающие входы к выходу второго порогового устройства 9. Выход фазорегулирующего устройства 13 соединен с управляющим входом блока управления тиристорами выпрямителя 10, а выход с дополнительной вторичной обмоткой 5 трансформатора 1. The single-phase welding rectifier for arc welding with coated electrodes contains a transformer 1, in parallel with the secondary winding 2 of which a symmetric thyristor 3 and a half-wave thyristor rectifier 4 are connected, and an additional heating coil 6 is connected to the secondary secondary winding 5, the output of which is connected in parallel with the output of the half-wave thyristor rectifier 4 and arc gap 7. To the arc gap 7 is also connected to the inputs of the first 8 and second 9 threshold devices. In addition, the rectifier comprises a rectifier thyristor control unit 10, a symmetric thyristor control unit 11, the inhibitory inputs of which are connected through the delay line 12 to the output of the first threshold device 8, and the enable inputs to the output of the second threshold device 9. The output of the phase-regulating device 13 is connected to the control input of the unit thyristor control rectifier 10, and the output with an additional secondary winding 5 of the transformer 1.

Сварочный выпрямитель работает следующим образом. Welding rectifier operates as follows.

При подаче на вход трансформатора 1 напряжения сети на выходе блока подпитки 6, а следовательно, и на дуговом промежутке 7 появляется напряжение холостого хода, достаточное для возбуждения дуги (фаза 1, фиг. 2). Это напряжение поступает на входы пороговых устройств 8 и 9. В пороговом устройстве 8 оно сравнивается с пороговым напряжением U₀₁, величина которого меньше напряжения холостого хода, но больше напряжения дуги, а в пороговом устройстве 9 с пороговым напряжением U₀₂, величина которого больше суммы падений напряжений на перемычке жидкого металла и в вылете электрода, но меньше напряжения на дуговом промежутке при горении дуги.When applied to the input of the transformer 1, the mains voltage at the output of the make-up unit 6, and consequently, an open circuit voltage sufficient to excite the arc appears on the arc gap 7 (phase 1, Fig. 2). This voltage is supplied to the inputs of threshold devices 8 and 9. In the threshold device 8, it is compared with the threshold voltage U ₀₁ , the value of which is less than the open circuit voltage, but greater than the arc voltage, and in the threshold device 9 with the threshold voltage U ₀₂ , the value of which is greater than the sum voltage drops on the liquid metal jumper and at the electrode overhang, but less than the voltage on the arc gap during arc burning.

В момент возбуждения дуги путем закорачивания электрода на изделие напряжение на дуговом промежутке 7 уменьшается до величины падения напряжения в вылете электрода (фаза 2, фиг. 2). При достижении им значения меньше порога срабатывания U₀₁ пороговое устройство 8 формирует сигнал, запускающий линию задержки, которая на время τ₃ запрещает работу блока управления тиристорами выпрямителя 10 и блока управления симметричным тиристором 11. Тиристоры основного выпрямителя и симметричный тиристор 3 находятся в непроводящем состоянии. Возбуждение дуги в этот момент времени возможно только от малоамперного блока подпитки 6, обеспечивающего минимальное значение тока короткого замыкания, следовательно, "примерзания" электрода к изделию в момент касания не происходит.At the time of arc excitation by shorting the electrode to the product, the voltage across the arc gap 7 decreases to the magnitude of the voltage drop in the electrode overhang (phase 2, Fig. 2). When it reaches a value less than the threshold U _{01, the} threshold device 8 generates a signal that starts a delay line, which for a time τ ₃ prohibits the operation of the thyristor control unit of the rectifier 10 and the control unit of the symmetric thyristor 11. The thyristors of the main rectifier and the symmetric thyristor 3 are in a non-conductive state. Arc excitation at this point in time is possible only from the small-ampere charge-up block 6, which ensures the minimum value of the short-circuit current, therefore, the electrode does not “freeze” at the moment of contact.

При отрыве электрода от изделия возбуждается малоамперная дуга (фаза 3, фиг. 2). По истечении длительности запрета линия задержки 3 снимает блокировку с блока управления тиристорами выпрямителя 10 и блока управления симметричным тиристором 11 и по сварочной цепи начинает протекать суммарный ток от блока подпитки 6 тиристорного выпрямителя 4 (фаза 4, фиг. 2). Угол включения тиристоров выпрямителя 4 задается фазорегулирующим устройством 13, определяющим действующее значение сварочного тока. When the electrode is separated from the product, a small-ampere arc is excited (phase 3, Fig. 2). After the duration of the ban, the delay line 3 removes the lock from the thyristor control unit of the rectifier 10 and the control unit of the symmetric thyristor 11 and the total current from the feed block 6 of the thyristor rectifier 4 begins to flow along the welding circuit (phase 4, Fig. 2). The angle of inclusion of the thyristors of the rectifier 4 is set by the phase-regulating device 13, which determines the effective value of the welding current.

Во втором пороговом устройстве 9 напряжение дугового промежутка 7 постоянно сравнивается с опорным напряжением U₀₂. При образовании капли электродного металла и ее росте дуговой промежуток сокращается, напряжение дуги уменьшается и при достижении им величины U₀₂ второе пороговое устройство 9 выдает сигнал с начала короткого замыкания (фаза 5, фиг. 2). По этому сигналу независимо от фазорегулирующего устройства 13 включаются тиристоры выпрямителя 4, обеспечивая ускоренный переход капли электродного металла. На завершающей стадии короткого замыкания (фаза 6, фиг. 2) напряжение на дуговом промежутке 7 начинает расти и при достижении им величины U₀₂ второе пороговое устройство 9 выдает сигнал на включение симметричного тиристора 3. При этом в зависимости от текущего полупериода отпирается один из симметричных тиристоров шунтирующий вход выпрямителя 4. Тиристоры выпрямителя 4 переходят в непроводящее состояние, вызывая скачкообразное уменьшение тока до величины, равной току короткого замыкания блока подпитки 6. Разрыв перемычки и возбуждение дуги происходит при малом токе (фаза 7, фиг. 2) практически без разбрызгивания. После окончания полупериода симметричный тиристор переходит в непроводящее состояние, а тиристоры выпрямителя 4 включаются в момент, установленный фазорегулирующим устройством 13 (фаза 8, фиг. 2), и процесс продолжается.In the second threshold device 9, the voltage of the arc gap 7 is constantly compared with the reference voltage U ₀₂ . With the formation of a drop of electrode metal and its growth, the arc gap decreases, the arc voltage decreases and when it reaches U _{02, the} second threshold device 9 gives a signal from the beginning of the short circuit (phase 5, Fig. 2). According to this signal, regardless of the phase control device 13, the thyristors of the rectifier 4 are turned on, providing an accelerated transition of a drop of electrode metal. At the final stage of the short circuit (phase 6, Fig. 2), the voltage across the arc gap 7 begins to increase and when it reaches U _{02, the} second threshold device 9 gives a signal to turn on the symmetric thyristor 3. In this case, depending on the current half-cycle, one of the symmetric thyristors, the rectifier bypass input 4. The rectifier 4 thyristors go into a non-conducting state, causing an abrupt decrease in current to a value equal to the short circuit current of the make-up unit 6. Jumper break and arc excitation roiskhodit at low current (phase 7, FIG. 2) substantially without splashing. After the half-cycle, the symmetric thyristor goes into a non-conductive state, and the thyristors of the rectifier 4 are turned on at the moment set by the phase-regulating device 13 (phase 8, Fig. 2), and the process continues.

Проведенные испытания заявляемого сварочного выпрямителя показали, что введение дополнительных элементов и блоков (симметричного тиристора, блока управления симметричным тиристором и линии задержки) обеспечивает расширение технологических возможностей выпрямителя посредством повышения технологической устойчивости процесса сварки и уменьшения разбрызгивания электродного металла. Tests of the inventive welding rectifier showed that the introduction of additional elements and blocks (a symmetric thyristor, a control unit of a symmetric thyristor and a delay line) provides an extension of the technological capabilities of the rectifier by increasing the technological stability of the welding process and reducing spatter of the electrode metal.

Claims

A single-phase welding rectifier mainly for arc welding with coated electrodes, containing a transformer with several secondary windings, a half-wave thyristor rectifier, a feed unit, a phase control device, a rectifier thyristor control unit and two threshold devices, characterized in that a symmetric thyristor is connected to the thyristor input rectifier parallel to the main secondary winding of the transformer, a control unit of a symmetric thyristor and a delay line, input cat The input is connected to the output of the first threshold device, and the output with the inhibitory inputs of the symmetric thyristor control unit and the rectifier thyristor control unit, while the enable inputs of the symmetric thyristor control unit and the rectifier thyristor control unit are connected to the output of the second threshold device, the output of the symmetric thyristor control unit is connected to the control electrode of the symmetric thyristor, the additional winding of the transformer is connected to the input of the feed and phase control unit troystva whose output is connected to the input rectifier thyristor control unit, inputs of the first and second threshold devices are connected to the outputs of a thyristor rectifier and feeding unit, connected in parallel with each other.