RU2131338C1

RU2131338C1 - Welding current supply

Info

Publication number: RU2131338C1
Application number: RU98101992A
Authority: RU
Inventors: В.В. Коваленко; В.А. Кобозев; Владимир Александрович Лебедев; А.И. Семенов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Линкор"
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; consumable-electrode mechanized arc welders. SUBSTANCE: power transformer windings are connected through double-ended controlled power switches using delta circuit arrangement to phases A, B, C of three-phase supply mains; welding rectifier is connected into center-tap transformer circuit and has secondary winding, two power diodes, and reactor. Switches are controlled by means of electric isolators in the form of optocoupler thyristors. Voltage across transformer windings is monitored by means of circuits incorporating rectifier, optocoupler thyristor, transistors, and resistors. Power switch control circuits are built around 3AND-NOT gates whose outputs are coupled through amplifiers with electric isolators. EFFECT: reduced size, mass, and material input. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к источникам питания сварочной дуги, и может быть использовано в аппаратах для дуговой механизированной сварки плавящимся электродом. The invention relates to the field of electrical engineering, namely to power sources for the welding arc, and can be used in apparatuses for mechanized arc welding with a consumable electrode.

Известен нерегулируемый сварочный выпрямитель ВС-300, содержащий понижающий трехфазный трансформатор и выпрямительный мост с дросселем (см. "Оборудование для дуговой сварки". Справочное пособие, под ред. В.В.Смирнова, Л., Энергоиздат, 1986, с. 655). Known unregulated welding rectifier BC-300, containing a step-down three-phase transformer and a rectifier bridge with a choke (see "Equipment for arc welding." Reference manual, edited by VV Smirnov, L., Energoizdat, 1986, S. 655) .

Недостатком данного сварочного выпрямителя являются большие габариты и масса, а также отсутствие плавного регулирования выходного (сварочного) напряжения. The disadvantage of this welding rectifier is the large size and weight, as well as the lack of smooth regulation of the output (welding) voltage.

Известен также источник питания для дуговой сварки, содержащий высоковольтный выпрямитель, подключенный к вводным клеммам сети переменного тока, последовательно соединенные фильтр, инвертор, трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, и низковольтный выпрямитель, при этом в него введены линия задержки, вторая схема сравнения и делитель напряжения, а трансформатор выполнен с тремя дополнительными обмотками (см. а.с. СССР N 998037, кл. B 23 K 9/00). A power source for arc welding is also known, containing a high-voltage rectifier connected to the input terminals of the AC network, a series-connected filter, an inverter, a transformer having primary and secondary windings, and a low-voltage rectifier, with a delay line introduced into it, a second comparison circuit, and a voltage divider, and the transformer is made with three additional windings (see AS USSR N 998037, class B 23 K 9/00).

Недостатком данного источника питания являются сложность конструкции, дороговизна, что не дает возможности их широкому распространению при реализации, в частности механизированной сварки. The disadvantage of this power source is the design complexity, high cost, which does not allow their wide distribution in the implementation, in particular mechanized welding.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является тиристорный сварочный выпрямитель, содержащий сварочный трансформатор и силовой тиристорный блок, соединенный по шестифазной схеме выпрямления, уравнительный реактор, подключенный к вторичным обмоткам трансформатора, цепи сопротивление - диод, подключенные к силовому тиристорному блоку и вторичным обмоткам сварочного трансформатора, при этом катоды диодов цепей сопротивление - диод соединены между собой и подключены к общему катоду силового тиристорного блока, а аноды диодов подключены к наружным выводам уравнительного реактора, каждый через свое сопротивление (см. а.с. СССР N 712211, кл. B 23 K 9/00). The closest in technical essence and the achieved positive effect is a thyristor welding rectifier containing a welding transformer and a power thyristor block connected by a six-phase rectification circuit, a balancing reactor connected to the secondary windings of the transformer, the resistance-diode circuit connected to the power thyristor block and secondary windings welding transformer, while the cathodes of the diodes of the resistance-diode circuits are interconnected and connected to a common cathode of the power range the main unit, and the anodes of the diodes are connected to the external terminals of the equalization reactor, each through its own resistance (see USSR AS N 712211, class B 23 K 9/00).

Недостатком данного тиристорного сварочного выпрямителя являются большие габариты и масса, значительное число силовых коммутирующих элементов-тиристоров, трудоемкий в изготовлении уравнительный реактор, сложность системы управления и регулирования выпрямителем. The disadvantage of this thyristor welding rectifier is the large size and weight, a significant number of power switching thyristor elements, the time-consuming equalization reactor, the complexity of the control and regulation of the rectifier.

Цель изобретения - снижение массогабаритных показателей источника сварочного тока, экономия электротехнических материалов, а именно меди, трансформаторной стали. The purpose of the invention is to reduce the overall dimensions of the source of welding current, saving electrical materials, namely copper, transformer steel.

Поставленная цель достигается тем, что источник сварочного тока содержит силовые трансформатор, выпрямитель, дроссель, коммутирующие элементы и схему управления, при этом силовой трансформатор выполнен с тремя первичными обмотками на одном сердечнике, которые соединены треугольником и через силовые коммутирующие элементы подключены к трем фазам питающей сети, а силовой выпрямитель выполнен двухполупериодным, причем силовые коммутирующие элементы выполнены в виде бесконтактных двусторонних коммутирующих управляемых силовых ключей, причем схема управления силовыми коммутирующими элементами выполнена в виде трех элементов ЗИ-НЕ, выходы которых подключены к элементам включения силовых ключей, состоящих из усилителей с узлами гальванической развязки, первые входы элементов ЗИ-НЕ связаны со схемами регистрации наличия напряжения на первичных обмотках силового трансформатора, вторые входы - со схемами нуль-органов, входы которых связаны с трехфазными выпрямителем и трансформатором, а третьи входы элементов ЗИ-НЕ связаны с выходом системы импульсно-фазового управления, а система импульсно-фазового управления выполнена с тремя входами, причем первый вход связан с задатчиком уровня сварочного напряжения, второй вход - через развязывающие элементы с нуль-органами фазных напряжений, а третий - с силовым выпрямителем источника сварочного тока. This goal is achieved in that the welding current source contains a power transformer, a rectifier, a choke, switching elements and a control circuit, while the power transformer is made with three primary windings on one core, which are connected by a triangle and connected through three power switching elements to three phases of the supply network and the power rectifier is made half-wave, and the power switching elements are made in the form of non-contact bilateral switching controlled power keys, moreover, the control circuit of the power switching elements is made in the form of three ZI-NOT elements, the outputs of which are connected to power switching elements, consisting of amplifiers with galvanic isolation nodes, the first inputs of the ZI-NOT elements are connected to the voltage presence registration circuits on the primary windings of the power transformer, the second inputs are with circuits of zero-organs, the inputs of which are connected to a three-phase rectifier and a transformer, and the third inputs of the ZI-NOT elements are connected to the output of the pulse-phase control system I, and the system is pulse-phase control is executed with three inputs, the first input is connected to the level setter welding voltage, the second input - a decoupling element with a zero-phase voltages bodies, and the third - a power rectifier welding power source.

На фиг. 1 представлена силовая часть предлагаемого источника сварочного тока, на фиг. 2 - схема управления, а на фиг. 3 - эпюры напряжений на различных элементах источника. In FIG. 1 shows the power part of the proposed welding current source, in FIG. 2 is a control circuit, and in FIG. 3 - stress diagrams on various elements of the source.

Обмотки 1, 2, 3 силового трансформатора 4 через управляемые двухсторонние силовые ключи 5, 6, 7 подключены по схеме треугольника к фазам A, B, C трехфазной питающей сети. Сварочный выпрямитель выполнен по схеме со средним выводом трансформатора 4 и содержит вторичную обмотку 8, два силовых диода 9 и 10, дроссель 11. Управление ключами 5, 6, 7 производится при помощи элементов гальванической развязки 12, 13, 14, выполненных в данной схеме при помощи оптронных тиристоров 15, 16, 17, 18, 19, 20. Наличие напряжения на обмотках 1, 2, 3 трансформатора 4 регистрируются схемами 21, 22, 23, каждая из которых содержит выпрямитель 24, оптронный тиристор 25, транзисторы 26, 27, резисторы 28, 29, 30, 31. Схема управления силовыми ключами 5, 6, 7 выполнена на базе элементов ЗИ-НЕ 32, 33, 34, выходы которых через усилители 35, 36, 37 связаны с элементами гальванической развязки 12, 13, 14, управляющими ключами 5, 6, 7. Первые входы элементов 32, 33, 34 через инверторы 38, 39, 40 соединены с выходами схем 21, 22, 23, регистрирующих наличие напряжения на обмотках 1, 2, 3 трансформатора 4. Вторые входы элементов 32, 33, 34 соединены с выходами нуль-органов 41, 42, 43, выполненных в виде компараторов с регулируемыми величинами опорных напряжений, подаваемых на вторые входы нуль-органов 41, 42, 43. Первые входы этих нуль-органов через выпрямительные диоды 44, 45, 46 соединены с дополнительным трехфазным трансформатором 47. Сигнал, снимаемый с выходов нуль-органов 41, 42, 43 является синхронизирующим для системы импульсно-фазового управления 48 и подается на его второй вход через инверторы 49, 50, 51 и развязывающие диоды 52, 53, 54. На первый вход СИФУ 48 подается напряжение задания с резистора 55, а на его третий вход - напряжение, пропорциональное сварочному, с резистора 56, подключенного к выходу сварочного выпрямителя. Цифрами 57, 58, 59 и 60, 61, 62 обозначены резисторы в цепях нуль-органов 41, 42, 43. The windings 1, 2, 3 of the power transformer 4 through controlled double-sided power switches 5, 6, 7 are connected in a triangle circuit to phases A, B, C of a three-phase supply network. The welding rectifier is made according to the circuit with the middle output of the transformer 4 and contains a secondary winding 8, two power diodes 9 and 10, a choke 11. The keys 5, 6, 7 are controlled using galvanic isolation elements 12, 13, 14 made in this circuit with the help of optocoupler thyristors 15, 16, 17, 18, 19, 20. The presence of voltage on the windings 1, 2, 3 of transformer 4 is registered by circuits 21, 22, 23, each of which contains a rectifier 24, optocoupler thyristor 25, transistors 26, 27, resistors 28, 29, 30, 31. The power switch control circuit 5, 6, 7 is made on the bases elements ZI-NOT 32, 33, 34, the outputs of which through amplifiers 35, 36, 37 are connected to the galvanic isolation elements 12, 13, 14, control keys 5, 6, 7. The first inputs of the elements 32, 33, 34 through inverters 38, 39, 40 are connected to the outputs of circuits 21, 22, 23, registering the presence of voltage on the windings 1, 2, 3 of the transformer 4. The second inputs of the elements 32, 33, 34 are connected to the outputs of the null organs 41, 42, 43, made in the form of comparators with adjustable values of the reference voltages supplied to the second inputs of the null organs 41, 42, 43. The first inputs of these null organs through rectifier diodes 44, 45, 46 are connected to an additional three-phase transformer 47. The signal taken from the outputs of the zero-organs 41, 42, 43 is a clock for the pulse-phase control system 48 and is fed to its second input through inverters 49, 50, 51 and decoupling diodes 52, 53, 54. The reference voltage from resistor 55 is supplied to the first input of SIFU 48, and the voltage proportional to the welding voltage is supplied to its third input from resistor 56 connected to the output of the welding rectifier. The numbers 57, 58, 59 and 60, 61, 62 denote the resistors in the chains of the null organs 41, 42, 43.

Источник сварочного тока работает следующим образом. При достижении напряжения в фазе C нулевого значения (см. график фиг. 3) на резисторе 57 напряжение также достигает нулевого значения, а на выходе нуль-органа 41 появляется сигнал логической "1" и поступает на второй вход элемента 32. В случае, если в обмотке 1 трансформатора 4 нет напряжения питания или напряжения противоЭДС (напряжение E на время τ на графике a фиг. 3), то на выходе f₃ элемента 21 образуется сигнал логического "0", который инвертируется инвертором 38 и в виде логической "1" поступает на первый вход элемента 32. При наличии сигнала с СИФУ 48 в виде логической "1", получаемой в случае наличия сигнала задания с резистора 55 и прихода синхронизирующего импульса с нуль-органа 41 через инвертор 49 и диод 52 (см. графики, в, г, д, е на фиг. 3) в виде импульса положительной полярности (график г на фиг. 3), на выходе элемента 32 образуется сигнал логической "1", который через усилитель 35 включает пару оптронных тиристоров 15, 16 в свою очередь включающих в необходимом направлении ключ 5, который подключает к питанию от фаз A и B обмотку 1 трансформатора 4. При достижении напряжения в фазе B нулевого значения на выходе нуль-органа 42 появляется сигнал логической "1" и поступает на второй вход элемента 33. В случае, если в обмотке 3³ трансформатора 4 нет напряжения питания или напряжения противоЭДС, то на выходе f₁ элемента 23 образуется сигнал логического "0", так как оптронный тиристор 25 закрыт, а транзисторы 30, 31 открыты. Сигнал логического "0", инвертируясь на элементе 39 в виде логической "1", поступает на первый вход элемента 33. При наличии сигнала управления с СИФУ 48 на выходе элемента 36 образуется положительный потенциал, который включает оптронные тиристоры 17, 18, запускающие ключ 7 в необходимом направлении. Ключ 7 подключает к питанию от A и C обмотку 3 трансформатора 4. Аналогичным образом происходит подключение обмотки 2 к питанию от фаз B и C ключом 6 при достижении напряжения в фазе A нулевого значения. Процесс по описанному выше циклу периодически повторяется. Регулирование среднего значения напряжения сварки осуществляется при помощи изменения углов открывания ключей 5, 6, 7, что видно на графиках д, е, ж фиг. 3. Необходимое изменение устанавливается на СИФУ 48 резистором 55. Крутизна выходных характеристик обуславливается коэффициентом обратной связи по напряжению И_ос сварки и задается резистором 56. Крутизна или жесткость внешних характеристик определяет способ сварки, в котором используется предлагаемый источник сварочного тока.The welding current source operates as follows. When the voltage in phase C of the zero value (see the graph of Fig. 3) is reached, the voltage at the resistor 57 also reaches zero, and the logical-1 signal appears at the output of the null-organ 41 and goes to the second input of the element 32. If in the winding 1 of the transformer 4 there is no supply voltage or counter-EMF voltage (voltage E at time τ on the graph a of Fig. 3), then the output signal f _{3 of} element 21 produces a logic signal "0", which is inverted by inverter 38 and in the form of logical "1" arrives at the first input of element 32. If there is a signal from SIFU 48 in ideological "1", obtained in the case of the presence of the reference signal from the resistor 55 and the arrival of the synchronizing pulse from the zero-organ 41 through the inverter 49 and the diode 52 (see graphs, c, d, e, e in Fig. 3) in the form of a pulse of positive polarity (graph d in Fig. 3), a logic 1 signal is generated at the output of element 32, which, through amplifier 35, turns on a pair of optocoupler thyristors 15, 16, which in turn turn on key 5, which connects to power from phases A and B winding 1 of transformer 4. When the voltage in phase B reaches zero value n output zero body 42 there is a logic "1" and is supplied to the second input member 33. If a winding of the transformer ³ March 4 no voltage or back emf voltage, the output member 23 f ₁ signal formed of the logical "0", since the optocoupler thyristor 25 is closed, and the transistors 30, 31 are open. The logical signal "0", inverting on the element 39 in the form of a logical "1", is fed to the first input of the element 33. If there is a control signal from SIFU 48, a positive potential is generated at the output of the element 36, which includes optocouplers thyristors 17, 18, which trigger the key 7 in the right direction. Key 7 connects winding 3 of transformer 4 to power from A and C. Similarly, winding 2 is connected to power from phases B and C with key 6 when the voltage in phase A reaches zero. The process described above is periodically repeated. The average value of the welding voltage is regulated by changing the opening angles of the keys 5, 6, 7, as can be seen in the graphs d, e, g of FIG. 3. The required change is set at 48 IFSB resistor 55. The steepness factor of output characteristics caused by the feedback voltage and the welding _axes and is set resistor 56. The steepness or stiffness characteristics determines the external welding method that uses the proposed welding power source.

Предлагаемое изобретение "Источник сварочного тока" реализует схему утроения частоты понижаемого и выпрямленного напряжения питающей трехфазной сети, что видно на графике на фиг. 3. Индуктивность обмоток трансформатора 4 позволяет получить форму выходного сварочного напряжения, приближающуюся к синусоидальной (штрихпунктирные линии на графике фиг. 3). The present invention, “Welding current source”, implements a circuit for tripling the frequency of the reduced and rectified voltage of the three-phase supply network, as can be seen in the graph in FIG. 3. The inductance of the windings of the transformer 4 allows you to get the shape of the output welding voltage, approaching a sinusoidal (dash-dotted lines on the graph of Fig. 3).

Повышенная частота преобразуемого напряжения позволяет в значительной степени снизить массу сердечников силового трансформатора и дросселя, а также массу катушек. The increased frequency of the converted voltage allows to significantly reduce the mass of the cores of the power transformer and inductor, as well as the mass of coils.

При реализации макета источника сварочного тока, выполненного согласно описанному выше изобретению, на токи сварки 315 A силовой трансформатор выполнялся на общем тороидальном сердечнике с внешним диаметром 200 мм. Общая масса источника составила 32 кг, что, практически, в 8 раз меньше распространенного источника ВС-300 Б, не имеющего к тому же плавного регулирования сварочного напряжения. When implementing the layout of the welding current source, made according to the invention described above, for welding currents of 315 A, the power transformer was run on a common toroidal core with an outer diameter of 200 mm. The total mass of the source was 32 kg, which is practically 8 times less than the common source VS-300 B, which also has no smooth regulation of welding voltage.

Claims

1. A welding current source comprising a power transformer, a rectifier, a choke, switching elements and a control circuit, characterized in that the power transformer is made with three primary windings on one core, which are connected by a triangle and connected through the power switching elements to three phases of the supply network, and the power rectifier is made half-wave, and the power switching elements are made in the form of non-contact bilateral switching controlled power switches.

2. The current source according to claim 1, characterized in that the control circuit of the power switching elements is made in the form of three elements 3I - NOT, the outputs of which are connected to the switching elements of the power switches, consisting of amplifiers with nodes of galvanic isolation, the first inputs of the elements 3I - NOT connected to the voltage registration circuits on the primary windings of the power transformer, the second inputs - to the circuits of zero-elements, the inputs of which are connected to a three-phase rectifier and a transformer, and the third inputs of 3I elements are NOT connected to the output pulse phase control systems.

3. The current source according to claim 1, characterized in that the pulse-phase control system is made with three inputs, the first input being connected to the welding voltage level adjuster, the second input through decoupling elements with zero-phase voltage organs, and the third with power rectifier of the welding current source.