RU2103125C1

RU2103125C1 - Ac welding arc striker

Info

Publication number: RU2103125C1
Application number: RU96115531A
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Калашников
Original assignee: Юрий Дмитриевич Калашников
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; ac arc welding. SUBSTANCE: device has inlet contact for connecting to arc supply source and outlet contacts. Switching rechargeable capacitor is connected to inlet contacts through semiconductor threshold circuit switches. Voltage across capacitor is limited by circuit consisting of symmetrical voltage stabilizing diode and resistor. Exciting pulse shaping circuit is placed between switching capacitor and outlet contacts. Choke is connected between inlet and outlet contacts. Striker can be furnished with additional LC-filter and arc boosting circuit with resistor and capacitor whose capacitance is less than that of switching capacitor. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к оборудованию для дуговой сварки на переменном токе. The invention relates to electrical engineering, in particular to equipment for arc welding with alternating current.

Известно, что для поджига сварочной дуги между источником питания и электродом может быть включен возбудитель, содержащий накопительный конденсатор и схему преобразования накопленной в конденсаторе энергии в высокочастотные импульсы, подаваемые на сварочный электрод [1]. It is known that for ignition of the welding arc between the power source and the electrode, a pathogen may be included containing a storage capacitor and a circuit for converting the energy stored in the capacitor into high-frequency pulses supplied to the welding electrode [1].

К недостаткам таких устройств относится то, что при напряжениях холостого хода ток через выходную индуктивность источника питания не может быстро достичь необходимого значения, что сказывается на качестве переходного процесса поджига дуги. The disadvantages of such devices include the fact that at open circuit voltages, 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 arc ignition.

Для повышения надежности поджига дуги при работе источника питания на холостом ходу используют устройство, содержащее схему формирования возбуждающих импульсов и коммутационную схему, подключенную к выходным выводам источника питания и закорачивающую его перед подачей импульса возбуждения на время, необходимое для нарастания тока до уровня стабильного тока дуги [2]. Из данного источника информации известна также возможность подключения к выходам источника питания порогового устройства, которое при срабатывании соединяет с источником нагрузку в виде коммутационных конденсаторов, что в первый момент времени соответствует режиму короткого замыкания. К недостаткам технических решений, описанных в [2] относится то, что режим короткого замыкания может стать причиной выхода из строя полупроводниковых элементов схемы. Недостатком схемы с коммутационными конденсаторами является то, что перед очередным срабатыванием порогового элемента напряжение на конденсаторах равно нулю, следовательно для создания необходимого тока нагрузки источника питания требуется конденсатор большой емкости. Это в свою очередь приводит к увеличению длительности коммутационного процесса. Кроме того, использованный пороговый элемент представляет собой магнитный ключ (дроссель с насыщающимся магнитопроводом), вольтсекундная площадь которого должна выбираться, исходя из характеристик конкретного трансформатора, входящего в состав источника питания, т.е. данный возбудитель не может быть использован с отличающимися по характеристикам источниками питания. Следует также отметить, что пороговый элемент, выполненный на магнитном ключе, может быть причиной ложных срабатываний, что перегружает схему и создает дополнительные радиопомехи. To increase the reliability of ignition of the arc when the power source is idling, a device is used that contains a circuit for generating exciting pulses and a switching circuit connected to the output terminals of the power source and shorting it before applying the excitation pulse for the time necessary to increase the current to a level of stable arc current [ 2]. It is also known from this source of information that a threshold device can be connected to the power source outputs, which, when triggered, connects the load to the source in the form of switching capacitors, which at the first moment corresponds to a short circuit mode. The disadvantages of the technical solutions described in [2] include the fact that the short circuit mode can cause failure of semiconductor circuit elements. The disadvantage of the circuit with switching capacitors is that before the next operation of the threshold element, the voltage across the capacitors is zero, therefore a large capacitor is required to create the required load current of the power source. This in turn leads to an increase in the duration of the switching process. In addition, the threshold element used is a magnetic key (a choke with a saturable magnetic circuit), the voltsecond area of which should be selected based on the characteristics of the particular transformer that is part of the power source, i.e. this pathogen cannot be used with power sources that differ in characteristics. It should also be noted that the threshold element, made on a magnetic key, can be the cause of false positives, which overloads the circuit and creates additional radio interference.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства для возбуждения дуги, уменьшение его массо-габаритных показателей и расширение области применения. The objective of the invention is to increase the reliability of the device for excitation of the arc, reducing its weight and dimensions and expanding the scope.

Поставленная задача решается путем того, что в возбудителе сварочной дуги переменного тока, содержащем входные контакты для подключения к источнику питания дуги, выходные контакты для подключения к электроду и свариваемому изделию, индуктивный элемент, включенный между входным и выходным контактами, коммутационный конденсатор, пороговую схему, через которую коммутационный конденсатор подключен к входным контактам, и схему формирования возбуждающих импульсов, включенную между коммутационным конденсатором и выходным контактом, пороговая схема выполнена полупроводниковой и снабжена двумя выходными ключами, соединенными с обкладками коммутационного конденсатора, причем к конденсатору подключена цепь двухстороннего ограничения напряжения его заряда. The problem is solved by the fact that in the exciter of the AC welding arc, containing input contacts for connecting to an arc power source, output contacts for connecting to an electrode and a welded product, an inductive element connected between input and output contacts, a switching capacitor, a threshold circuit, through which the switching capacitor is connected to the input contacts, and the excitation pulse generation circuit included between the switching capacitor and the output contact, the threshold Wai semiconductor circuit is configured and provided with two output switches connected to the switching capacitor electrodes, wherein the capacitor double limiting its charge voltage circuit is connected.

Использование процесса перезаряда коммутационного конденсатора с одного стабильного уровня напряжения до другого позволяет уменьшить емкость данного конденсатора, сохранив (или увеличив) скорость нарастания тока в выходной цепи источника питания, т. е. возможно получение большей амплитуды тока нагрузки источника за меньший промежуток времени. При этом нагрузка источника осуществляется не за счет короткого замыкания, а за счет стабильного переходного процесса. Using the process of recharging a switching capacitor from one stable voltage level to another allows one to reduce the capacitance of a given capacitor by maintaining (or increasing) the current rise rate in the output circuit of the power source, i.e., it is possible to obtain a larger amplitude of the source load current in a shorter period of time. In this case, the source load is not due to a short circuit, but due to a stable transient.

Надежность возбудителя может быть повышена за счет включения между пороговой схемой и входными контактами LC-фильтра, позволяющего предотвратить воздействие импульсов высокого напряжения на полупроводниковые элементы схемы. The reliability of the pathogen can be improved by including between the threshold circuit and the input contacts of the LC filter, which prevents the effects of high voltage pulses on the semiconductor circuit elements.

Увеличение стабильности процесса возбуждения дуги достигается за счет включения между входными контактами возбудителя цепи подпитки дуги, содержащей резистор и накопительный конденсатор. Емкость накопительного конденсатора должна быть меньше емкости коммутационного конденсатора для исключения его шунтирующего воздействия на переходный процесс возбуждения дуги. An increase in the stability of the arc excitation process is achieved due to the inclusion of an arc feeding circuit between the input contacts of the exciter, which contains a resistor and a storage capacitor. The capacity of the storage capacitor must be less than the capacity of the switching capacitor to exclude its shunt effect on the transient process of arc excitation.

Для увеличения количества энергии, запасаемой в накопительном конденсаторе, схема формирования может быть снабжена трансформатором, вторичная обмотка которого включена в цепь подпитки дуги последовательно накопительному конденсатору. To increase the amount of energy stored in the storage capacitor, the formation circuit can be equipped with a transformer, the secondary winding of which is included in the arc feed circuit in series with the storage capacitor.

На фиг. 1 представлена электрическая схема возбудителя; на фиг. 2 - графики изменения напряжения на выходных выводах источника питания (V_ист) и изменения напряжения на коммутационном конденсаторе (V_с).In FIG. 1 shows the electrical circuit of the pathogen; in FIG. 2 - graphs of voltage changes at the output terminals of the power source (V _IS ) and voltage changes at the switching capacitor (V _s ).

Возбудитель содержит входные контакты 1 и 2 для подключения к источнику 3 питания дуги, включающему источник 4 ЭДС Е с индуктивностью рассеивания 5, и выходные контакты 6 и 7 для подключения к электроду 8 и свариваемому изделию 9. К входным контактам 1 и 2 через выходные ключи 10 и 11 полупроводниковой пороговой схемы 12 подключен коммутационный конденсатор 13, к которому подключена цепь двухстороннего ограничения напряжения его заряда, состоящая из симметричного стабилитрона 14 и резистора 15. Между коммутационным конденсатором 13 и выходными контактами 6 и 7 включена схема 16 формирования возбуждающих импульсов. Между входным и выходным контактами включен индуктивный элемент, выполненный в виде дросселя 17. а между входными контактами - защитный конденсатор 18. Возбудитель снабжен дополнительным Г-образным LC-фильтром 19, который включен между пороговым элементом 12 и входными контактами 1 и 2 и состоит из конденсатора 20 и катушки индуктивности 21. Возбудитель также снабжен цепью подпитки дуги, содержащей резистор 22 и конденсатор 23. емкость которого меньше емкости коммутационного конденсатора 13 по меньшей мере в пять раз. Цепь подпитки дуги может быть включена непосредственно между контактами 1 и 2. The causative agent contains input contacts 1 and 2 for connecting to an arc power source 3, including EMF source 4 with dissipation inductance 5, and output contacts 6 and 7 for connecting to electrode 8 and the welded product 9. To input contacts 1 and 2 through output keys 10 and 11 of the semiconductor threshold circuit 12, a switching capacitor 13 is connected to which a two-sided voltage limiting circuit of its charge is connected, consisting of a symmetrical zener diode 14 and a resistor 15. Between the switching capacitor 13 and the output contacts Toms 6 and 7 include a circuit 16 for generating exciting pulses. An inductive element made in the form of a choke 17 is connected between the input and output contacts. A protective capacitor 18 is connected between the input contacts. The exciter is equipped with an additional L-shaped LC filter 19, which is connected between the threshold element 12 and the input contacts 1 and 2 and consists of a capacitor 20 and an inductor 21. The pathogen is also provided with an arc feed circuit comprising a resistor 22 and a capacitor 23. The capacitance of which is at least five times less than the capacity of the switching capacitor 13. The arc feed circuit can be connected directly between pins 1 and 2.

Пороговая схема 12 содержит управляющую часть, состоящую из тиристора 24, стабилитрона 25, выпрямительного моста на диодах 26 - 29. конденсатора 30 и резисторов 31 - 37. Каждый из входных ключей 10 и 11 пороговой схемы выполнен на встречно-параллельно включенных тиристоре и диоде. В состав ключей входят тиристоры 38 и 39 и диоды 40 и 41. Параллельно коммутационному конденсатору 13 подключен разрядный резистор 42. The threshold circuit 12 contains a control part, consisting of a thyristor 24, a zener diode 25, a rectifier bridge on diodes 26 - 29. a capacitor 30 and resistors 31 - 37. Each of the input keys 10 and 11 of the threshold circuit is made on the anti-parallel connected thyristor and diode. The keys include thyristors 38 and 39 and diodes 40 and 41. A discharge resistor 42 is connected in parallel with the switching capacitor 13.

В состав схемы 16 формирования возбуждающих импульсов входит дополнительный конденсатор 43, магнитный ключ 44 и повышающий трансформатор 45 с первичной обмоткой 46 и вторичными обмотками 47 и 48, контактный разрядник 49 и конденсатор 50. Возможно иное выполнение схемы формирования импульсов возбуждения, например, с использованием вместо разрядника цепи из нескольких конденсаторов, последовательно перезаряжающихся через магнитные ключи (не показано). В этом случае схема содержит несколько каскадов укорочения импульсов, подобных каскаду, состоящему из конденсатора 43. магнитного ключа 44 и насыщающегося трансформатора 45. The excitation pulse generating circuit 16 includes an additional capacitor 43, a magnetic key 44, and a step-up transformer 45 with a primary winding 46 and secondary windings 47 and 48, a contact discharger 49, and a capacitor 50. It is possible that the excitation pulse generating circuit is implemented differently, for example, using instead a circuit arrester of several capacitors, sequentially recharged through magnetic keys (not shown). In this case, the circuit contains several cascades of pulse shortening, similar to the cascade consisting of a capacitor 43. magnetic key 44 and a saturable transformer 45.

Возбудитель работает следующим образом. The causative agent works as follows.

Напряжение, близкое к синусоидальному, с источника 3 питания через фильтр 19 поступает на пороговую схему 12. Далее через резисторы 34 и 37, шунтирующие управляющие переходы тиристоров 38 и 39, и низкоомные ограничительные резисторы 35 и 36 напряжение подается на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах 26 - 29. При увеличении мгновенной величины напряжения до значения V_пр. (фиг. 2) открывается стабилитрон 25 и на управляющий электрод тиристора 24 поступает отпирающий импульс. Порог срабатывания стабилитрона 25 задается резистором 31. В результате отпирания тиристора 24 начинает заражаться конденсатор 30 и импульс тока проходит через управляющий переход одного из выходных тиристоров 38 или 39. При отпирании соответствующего выходного тиристора (например, тиристора 39) коммутационный конденсатор 13 подключается к источнику 3 питания через данный тиристор и диод другого выходного ключа (диод 40 ключа 10 ) . Напряжение на выходе источника 3 питания при этом резко падает, а выходной ток - увеличивается. Конденсатор 13 заряжается до напряжения, близкого к V_пр. Полярность напряжения заряда зависит от полярности приложенного напряжения, т.е. от того, во время какой полуволны синусоиды происходит заряд.A voltage close to sinusoidal from the power supply 3 through the filter 19 is supplied to the threshold circuit 12. Then, through resistors 34 and 37, shunting the control transitions of the thyristors 38 and 39, and low-resistance limiting resistors 35 and 36, the voltage is supplied to a half-wave rectifier made on diodes 26 - 29. With an increase in the instantaneous value of the voltage to a value of V _ave . (Fig. 2) the zener diode 25 is opened and a trigger pulse is applied to the thyristor 24 control electrode. The threshold of the zener diode 25 is set by the resistor 31. As a result of the thyristor 24 being turned on, the capacitor 30 begins to become infected and the current pulse passes through the control transition of one of the output thyristors 38 or 39. When the corresponding output thyristor (for example, thyristor 39) is unlocked, the switching capacitor 13 is connected to the source 3 power supply through the given thyristor and diode of another output key (diode 40 of key 10). The voltage at the output of the power supply 3 thus drops sharply, and the output current increases. The capacitor 13 is charged to a voltage close to V _ave . The polarity of the charge voltage depends on the polarity of the applied voltage, i.e. from the time during which a half-wave of a sinusoid occurs charge.

Во время заряда конденсатора 13 напряжение прикладывается к магнитному ключу 44, который в ненасыщенном состоянии имеет большое сопротивление. Через некоторое время магнитопровод ключа 44 (при V = V_ср) насыщается, конденсатор 43 заряжается и импульс тока проходит через первичную обмотку 46 повышающего трансформатора 45 . Во вторичной обмотке 47 трансформатора при этом формируется укороченный импульс с увеличенной амплитудой, заряжающий конденсатор 50. После заряда конденсатора 50 до напряжения срабатывания разрядника 52 возникает переходной коммутационный процесс, создающий высоковольтные, высокочастотные, поджигающие импульсы, которые поступают на электрод 3. Конденсатор 18 предотвращает поступление высоковольтных импульсов в источник питания при соединении электрода 8 с деталью 9.During charging of the capacitor 13, a voltage is applied to the magnetic switch 44, which in the unsaturated state has a high resistance. After some time, the magnetic circuit of the key 44 (at V = V _sr ) is saturated, the capacitor 43 is charged and the current pulse passes through the primary winding 46 of the step-up transformer 45. In this case, a shortened pulse with an increased amplitude is formed in the secondary winding 47 of the transformer, charging the capacitor 50. After charging the capacitor 50 to the triggering voltage of the spark gap 52, a transient switching process occurs that creates high-voltage, high-frequency, ignition pulses that are supplied to the electrode 3. The capacitor 18 prevents the high-voltage pulses to the power source when connecting the electrode 8 to part 9.

При протекании тока в трансформаторе 45 на вторичной обмотке 48 формируется импульс, напряжение которого складывается с уже имеющимся напряжением заряда на конденсаторе 23. Когда происходит пробой дугового промежутка, конденсатор 23 разряжается через резистор 22. Это позволяет сформировать в дуговом промежутке канал проводимости на время задержки нарастания тока, которое имеет место из-за наличия дросселей 17 и 19 и паразитных индуктивностей проводов. When current flows in the transformer 45, a pulse is generated on the secondary winding 48, the voltage of which is added to the already existing charge voltage on the capacitor 23. When the arc gap is broken, the capacitor 23 is discharged through the resistor 22. This allows the conduction channel to form in the arc gap for a rise time current, which takes place due to the presence of chokes 17 and 19 and stray inductances of the wires.

После формирования поджигающих импульсов происходит разряд коммутационного конденсатора через цепь ограничения напряжения, состоящую из стабилитрона 14 и резистора 15 до величины V_ст. Ток, протекающий при этом через обмотку магнитного ключа 44 и первичную обмотку 46 трансформатора 45 создает в магнитопроводах этих элементов магнитный поток, подготавливающий их к работе в следующем цикле.After the formation of ignition pulses, a switching capacitor is discharged through a voltage limiting circuit consisting of a zener diode 14 and a resistor 15 to a value of V _st . The current flowing through the winding of the magnetic key 44 and the primary winding 46 of the transformer 45 creates a magnetic flux in the magnetic circuits of these elements, preparing them for work in the next cycle.

Claims

1. The causative agent of an AC welding arc, containing input contacts for connecting to an arc power source, output contacts for connecting to an electrode and a welded product, an inductive element connected between input and output contacts, a switching capacitor, a threshold circuit through which a switching capacitor is connected to input contacts, and a circuit for generating exciting pulses included between the switching capacitor and the output contact, characterized in that the threshold circuit is made by uprovodnikovoy and is provided with two output switches connected to the switching capacitor plates to which circuit is connected bilateral limiting its charge voltage.

2. The causative agent according to claim 1, characterized in that it is equipped with an LC filter included between the threshold circuit and the input contacts.

3. The causative agent according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with an arc feed circuit connected between the input contacts and containing a resistor and a storage capacitor, the capacity of which is less than the capacity of the switching capacitor.

4. The causative agent according to claim 3, characterized in that the exciting pulse generating circuit is equipped with a transformer, the secondary winding of which is included in the arc feed circuit in series with the storage capacitor.