RU2302931C1 - Welding apparatus - Google Patents
Welding apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302931C1 RU2302931C1 RU2005135701/02A RU2005135701A RU2302931C1 RU 2302931 C1 RU2302931 C1 RU 2302931C1 RU 2005135701/02 A RU2005135701/02 A RU 2005135701/02A RU 2005135701 A RU2005135701 A RU 2005135701A RU 2302931 C1 RU2302931 C1 RU 2302931C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- bridge inverter
- bridge
- keys
- switching
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к созданию сварочных аппаратов, выполненных на основе преобразователя постоянного напряжения в постоянное с промежуточным преобразованием в высокочастотное переменное, подключенного к трехфазной сети через выпрямитель.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the creation of welding machines made on the basis of a DC-DC to DC converter with intermediate conversion to a high-frequency variable connected to a three-phase network through a rectifier.
Известен тиристорный сварочный выпрямитель, содержащий тиристорный выпрямительный блок, используемый в качестве регулятора силы тока, и блок фазоимпульсного управления (ВИНОГРАДОВ B.C. Оборудование и технологии дуговой автоматической и механизированной сварки. - М.: Высшая школа, 1997, с.99-106). Его недостатками являются незначительная удельная мощность, низкий КПД и, вследствие этого, большие массогабаритные показатели.Known thyristor welding rectifier containing a thyristor rectifier unit used as a current regulator, and a phase-pulse control unit (VINOGRADOV B.C. Equipment and technologies for automatic and mechanized arc welding. - M .: Higher school, 1997, p.99-106). Its disadvantages are low specific power, low efficiency and, consequently, large overall dimensions.
Наиболее близким представленному техническому решению является сварочный аппарат, содержащий входной выпрямитель, мостовой инвертор, выходной выпрямитель. Управление мостового инвертора осуществляется модулированными по ширине импульсами, частота которых задается микроконтроллером и зависит от уровня выходного напряжения и выходного тока. Известный сварочный аппарат содержит также блок поджига (RU 12755 U1, 27.01.2000, МКИ 7 Н02М 7/48).The closest presented technical solution is a welding machine containing an input rectifier, a bridge inverter, an output rectifier. The bridge inverter is controlled by width-modulated pulses, the frequency of which is set by the microcontroller and depends on the level of output voltage and output current. The known welding machine also contains an ignition unit (RU 12755 U1, 01/27/2000, MKI 7 H02M 7/48).
Недостатки указанного известного устройства обусловлены тем, что в известном устройстве вход блока поджига подключен к маломощному блоку питания, который питает все схемы блока управления, в том числе микроконтроллер. При этом импульсы с крутым фронтом, формируемые при работе блока поджига, поступают в блок питания и могут вызвать сбои в работе элементов блока управления. При питании от источника постоянного тока блок поджига должен иметь на входе элементы, обеспечивающие формирование импульсов напряжения, поступающих на вход трансформатора блока, что усложняет его конструкцию. Кроме того, из-за изменения частоты переключения ключей мостового инвертора при разных режимах работы последний не может во всех режимах работать на максимально высокой частоте, что вынуждает повышать габариты фильтра и силового трансформатора, при этом переключение ключей мостового инвертора происходит под напряжением, из-за чего повышаются потери мощности на переключение и режим работы ключей тяжелый.The disadvantages of this known device are due to the fact that in the known device, the input of the ignition unit is connected to a low-power power supply unit, which feeds all the circuits of the control unit, including the microcontroller. In this case, pulses with a steep front formed during the operation of the ignition unit enter the power supply unit and may cause malfunctions in the elements of the control unit. When powered by a direct current source, the ignition unit must have elements at the input that ensure the formation of voltage pulses supplied to the input of the unit transformer, which complicates its design. In addition, due to a change in the frequency of switching the keys of the bridge inverter during different operating modes, the latter cannot operate at the highest frequency in all modes, which forces to increase the dimensions of the filter and the power transformer, while switching the keys of the bridge inverter occurs under voltage, due to which increases the loss of power for switching and the mode of operation of the keys is heavy.
Изобретение решает задачу, направленную на устранение указанных недостатков, для чего: в сварочный аппарат, содержащий последовательно соединенные сетевой фильтр, входной выпрямитель и мостовой инвертор, параллельно входу которого подключен фильтрующий конденсатор, а в диагональ переменного тока мостового инвертора включена первичная обмотка высокочастотного силового трансформатора, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные выходной выпрямитель, датчик выходного тока и выходной фильтр подключена к выходным выводам, кроме того, блок поджига дуги, выход которого подключен к выходным выводам, датчик исправности сети, датчик перегрева, контролирующий температуры ключей мостового инвертора, датчик выходного напряжения и блок управления, в состав которого входят блок ручных настроек и цифровой индикации, микроконтроллер и драйверы ключей мостового инвертора, при этом к портам ввода микроконтроллера подключены выходы блока ручных настроек и цифровой индикации и выходы датчиков исправности сети, перегрева, выходного тока и выходного напряжения, порты вывода микроконтроллера соединены с входом блока ручных настроек и цифровой индикации и входом драйверов ключей мостового инвертора, выходы которого подключены к управляющим входам ключей мостового инвертора, вход блока поджига дуги через разделительный конденсатор подключен к силовым выводам одного из ключей мостового инвертора, датчик исправности сети контролирует напряжение на входе мостового инвертора и подключен параллельно входу мостового инвертора, драйверы ключей мостового инвертора обеспечивают противофазную коммутацию пар ключей каждого из его полумостов при постоянной частоте коммутации с фазовым сдвигом импульсов прямоугольной формы, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора относительно импульсов прямоугольной формы, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора, при этом значение угла упомянутого фазового сдвига вычисляется в микропроцессоре микроконтроллера, для чего используются непрерывно отслеживаемые сигналы с выходов датчиков выходного напряжения и/или выходного тока, исправности сети, и подается в виде сигнала управления на соответствующий выход порта вывода микроконтроллера, кроме того, импульсы прямоугольной формы, управляющие ключами полумостов мостового инвертора, имеют паузы при нулевом уровне, обеспечивающие наличие интервала времени, при котором оба ключа полумоста мостового инвертора закрыты.The invention solves the problem aimed at eliminating these drawbacks, for which: in a welding machine containing a series-connected line filter, an input rectifier and a bridge inverter, a filter capacitor is connected in parallel with the input of the filter, and the primary winding of a high-frequency power transformer is included in the diagonal of the alternating current of the bridge inverter, the secondary winding of which is connected in series through the output rectifier, the output current sensor and the output filter to the output terminals Odam, in addition, an arc ignition unit, the output of which is connected to the output terminals, a network health sensor, an overheating sensor that controls the temperature of the bridge inverter keys, an output voltage sensor and a control unit, which includes a manual settings and digital display unit, a microcontroller and drivers keys of the bridge inverter, while the input ports of the microcontroller are connected to the outputs of the manual settings and digital display unit and the outputs of the sensors of the network, overheating, output current and output voltage, pores The output of the microcontroller is connected to the input of the manual settings and digital display unit and the input of the driver keys of the bridge inverter, the outputs of which are connected to the control inputs of the keys of the bridge inverter, the input of the arc ignition unit through a separation capacitor is connected to the power terminals of one of the keys of the bridge inverter, the network health sensor monitors voltage at the input of the bridge inverter and is connected parallel to the input of the bridge inverter, the drivers of the keys of the bridge inverter provide antiphase switching June, the key pair of each of its half-bridges at a constant switching frequency with a phase shift of rectangular pulses that control the switching of a pair of keys of the first half-bridge of the bridge inverter relative to the rectangular pulses that control the switching of a pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter, while the angle value of the mentioned phase shift is calculated in the microprocessor microcontroller, for which continuously monitored signals from the outputs of the sensors of the output voltage and / or output current are used, network health, and is supplied in the form of a control signal to the corresponding output of the output port of the microcontroller, in addition, the rectangular pulses that control the keys of the half-bridge bridge inverter have pauses at the zero level, providing a time interval in which both half-bridge keys of the bridge inverter are closed.
Регулирование напряжения при постоянной частоте и скважности переключения ключей мостового инвертора позволяет подключить блок поджига к мостовому инвертору, за счет чего упрощается его конструкция и повышается надежность работы сварочного аппарата. Кроме того, за счет индуктивности намагничивания первичной обмотки трансформатора блока поджига обеспечивается режим переключения при нулевом напряжении, что минимизирует потери мощности ключей мостового инвертора даже на холостом ходу и при малых токах нагрузки сварочного аппарата. Это является техническим результатом.Regulation of voltage at a constant frequency and duty cycle of switching the keys of the bridge inverter allows you to connect the ignition unit to the bridge inverter, thereby simplifying its design and increasing the reliability of the welding machine. In addition, due to the magnetization inductance of the primary winding of the ignition unit transformer, a switching mode is provided at zero voltage, which minimizes the power loss of the keys of the bridge inverter even at idle and at low load currents of the welding machine. This is a technical result.
Для обеспечения крутопадающей характеристики поджига дуги блок поджига содержит высокочастотный маломощный трансформатор со слабой электромагнитной связью между первичной и вторичной обмотками, при этом выводы первичной обмотки являются входом блока поджига.To ensure steeply dipping characteristics of arc ignition, the ignition unit contains a high-frequency low-power transformer with weak electromagnetic coupling between the primary and secondary windings, while the conclusions of the primary winding are the input of the ignition unit.
Кроме того, вход блока поджига подключен к ключу, принадлежащему второму полумосту мостового инвертора.In addition, the input of the ignition unit is connected to a key belonging to the second half-bridge of the bridge inverter.
Целесообразно также для устранения причин перерегулировок и повышения быстродействия схемы контроля заданных характеристик в режиме стабилизации выходного тока для вычисления значения требуемого угла фазового сдвига импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора (φ1), использовать математическое выражение:It is also advisable to eliminate the causes of overshoots and increase the speed of the control circuit of the specified characteristics in the output current stabilization mode to calculate the value of the required phase angle of the pulses that control the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter, relative to the pulses that control the switching of the key pair of the second half-bridge of the bridge inverter (φ 1 ), use the mathematical expression:
где SD1 - величина текущего сигнала с выхода датчика исправности сети, SD1norm - величина сигнала с выхода датчика исправности сети при номинальном напряжении питающей сети, SD3 - величина текущего сигнала с выхода датчика выходного тока, SD3set - величина сигнала с выхода датчика выходного тока при выходном токе, равном заданному, kD3, kD1 - коэффициенты влияния соответствующих сигналов, определяемые экспериментально предварительной калибровкой, учитывающей параметры конкретного сварочного аппарата.where S D1 is the value of the current signal from the output of the network health sensor, S D1norm is the value of the signal from the output of the network health sensor at the rated supply voltage, S D3 is the value of the current signal from the output of the output current sensor, S D3set is the value of the signal from the output sensor of the output current at an output current equal to a given one, k D3 , k D1 are the influence coefficients of the corresponding signals, determined experimentally by preliminary calibration, taking into account the parameters of a particular welding machine.
А в режиме стабилизации выходного напряжения для вычисления значения угла фазового сдвига импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора, (φ2) использовать математическое выражение:And in the output voltage stabilization mode, to calculate the value of the phase shift angle of the pulses that control the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter, relative to the pulses that control the switching of the pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter, (φ 2 ) use the mathematical expression:
где SD1 - величина текущего сигнала с выхода датчика исправности сети, SD1norm - величина сигнала с выхода датчика исправности сети при номинальном напряжении питающей сети, SD3 - величина текущего сигнала с выхода датчика выходного тока, SD4set - величина сигнала с выхода датчика выходного напряжения при выходном напряжении, равном заданному, kD1, kD3, kD4 - коэффициенты влияния соответствующих сигналов (устанавливаются экспериментально предварительной калибровкой), n - коэффициент трансформации силового трансформатора, η - КПД сварочного аппарата, UVD - падение напряжения на диодах выходного выпрямителя, UVT - падение напряжения на ключах мостового инвертора.where S D1 is the value of the current signal from the output of the network operability sensor, S D1norm is the value of the signal from the output of the network operability sensor at the rated supply voltage, S D3 is the value of the current signal from the output of the output current sensor, S D4set is the value of the signal from the output sensor of the output voltage at an output voltage equal to a given value, k D1 , k D3 , k D4 are the coefficients of influence of the corresponding signals (set experimentally by preliminary calibration), n is the transformation coefficient of the power transformer, η is the efficiency of the welding machine, U VD is the voltage drop across the diodes of the output rectifier, U VT is the voltage drop across the keys of the bridge inverter.
Для защиты от перегрева при превышении температуры одного из контролируемых ключей заданной предельной величины на все ключи инвертора подается закрывающий сигнал.To protect against overheating when the temperature of one of the controlled keys exceeds a predetermined limit value, a closing signal is applied to all inverter keys.
Сварочный аппарат содержит также маломощный блок питания, к выходу которого подключены входы питания драйверов ключей мостового инвертора, микроконтроллера и блока ручных настроек и цифровой индикации, кроме того, выход маломощного блока питания (выходное напряжение 12 вольт) через последовательно включенные диод и токоограничительный резистор подключен к выходным выводам. Для снижения выходного напряжения аппарата в ждущем режиме до безопасных для человека значений, для устранения прилипания электрода при первом касании к детали, а также для обеспечения желаемой характеристики начального этапа сварки целесообразно:The welding machine also contains a low-power power supply, to the output of which are connected the power inputs of the drivers of the bridge inverter keys, the microcontroller and the manual settings block and digital indication, in addition, the output of the low-power power supply (output voltage 12 volts) is connected through a series-connected diode and current limiting resistor to output conclusions. To reduce the output voltage of the device in standby mode to values that are safe for humans, to eliminate sticking of the electrode when you first touch the part, and also to provide the desired characteristics of the initial stage of welding, it is advisable:
в режиме ожидания при отсутствии сварки обеспечить с помощью программы, введенной в микроконтроллер, запирание всех четырех ключей мостового инвертора. В момент начала сварки при касании электрода к свариваемой детали микроконтроллер включает противофазную коммутацию ключей второго полумоста мостового инвертора при отключенных ключах первого полумоста мостового инвертора, а при возбуждении дуги после отведения электрода от детали на расстояние 1-10 мм микроконтроллер обеспечивает подключение первого полумоста мостового инвертора и, управляя значением угла фазового сдвига импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора, микроконтроллер обеспечивает управление характеристикой зажигания дуги и начальным процессом сварки.in standby mode, in the absence of welding, using the program entered in the microcontroller, ensure that all four keys of the bridge inverter are locked. At the start of welding, by touching the electrode to the part to be welded, the microcontroller includes antiphase switching of the keys of the second half-bridge of the bridge inverter when the keys of the first half-bridge of the bridge inverter are disconnected, and when the arc is excited after the electrode is removed from the part by a distance of 1-10 mm, the microcontroller connects the first half-bridge of the bridge inverter and , controlling the value of the phase angle of the pulses that control the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter, relative to the pulses controlling the switching of a pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter, the microcontroller provides control of the ignition characteristic of the arc and the initial welding process.
Для снижения токовых потерь мощности выходной выпрямитель выполнен на силовых диодах Шоттки.To reduce current power losses, the output rectifier is made on Schottky power diodes.
Силовой трансформатор предпочтительно выполнен на низкопрофильных Ш-образных ферритах с обмотками, изготовленными по известной специалистам планарной технологии. Низкая индуктивность рассеяния обмоток и высокая магнитная межобмоточная связь позволяют работать данному типу трансформаторов с высоким КПД (до 99%) на высоких частотах преобразования (100 кГц при выходной мощности более 15 кВт). Кроме того, данный тип трансформаторов имеет наилучшие массогабаритные характеристики (10-20 Вт/гр) и низкий уровень электромагнитных помех. Информацию об указанной технологии можно найти, например, на сайте компании Payton Group по адресу в Интернете: http://www.paytongroup.com).The power transformer is preferably made on low-profile W-shaped ferrites with windings made according to planar technology known to those skilled in the art. Low winding dissipation inductance and high magnetic winding coupling allow this type of transformer to operate with high efficiency (up to 99%) at high conversion frequencies (100 kHz with an output power of more than 15 kW). In addition, this type of transformer has the best overall dimensions (10-20 W / g) and a low level of electromagnetic interference. Information about this technology can be found, for example, on the Payton Group website at http://www.paytongroup.com).
Для снижения массогабаритных характеристик и для защиты от загрязнений, повышенной влажности и брызг воды с любых направлений заявляемое устройство предлагается снабдить системой принудительно-воздушного охлаждения, содержащей термически изолированные друг от друга радиаторы, входной выпрямитель, мостовой инвертор и выходной выпрямитель разместить на отдельном радиаторе каждый, а все электрические силовые элементы и блок управления установить вне зоны движения охлаждающего воздуха системы принудительно-воздушного охлаждения.To reduce weight and size characteristics and to protect against pollution, increased humidity and water spray from any direction, the inventive device is proposed to be equipped with a forced-air cooling system containing radiators thermally isolated from each other, an input rectifier, a bridge inverter and an output rectifier each placed on a separate radiator, and install all electric power elements and the control unit outside the zone of movement of the cooling air of the forced-air cooling system.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема сварочного аппарата. Сварочный аппарат содержит: сетевой разъем в виде сетевого выключателя-автомата 1, которым производится подключение сварочного аппарата к трехфазной сети 380 В/50 Гц. Выход выключателя-автомата 1 подключен к входу сетевого фильтра 2, выход которого подключен к входу входного выпрямителя 3 в виде трехфазного диодного моста. Выходы входного выпрямителя 3 соединены с входом мостового инвертора 5, к входу которого подключен также фильтрующий конденсатор 17 большой емкости. Мостовой инвертор 5 состоит из двух включенных параллельно его входу полумостов, второй полумост выполнен в виде пар последовательно соединенных ключей 20, 21, а первый полумост в виде пар последовательно соединенных ключей 22, 23. Параллельно входу мостового инвертора 5 включен датчик 13 исправности сети, контролирующий уровень напряжения на входе мостового инвертора 5. В выходную диагональ (диагональ переменного тока) мостового инвертора через разделительный конденсатор 18 включена первичная обмотка высокочастотного силового трансформатора 6, вторичная обмотка которого подключена к входу выходного выпрямителя 7. Выход выходного выпрямителя 7 через датчик 15 выходного тока и выходной фильтр 8 соединен с выходными выводами сварочного аппарата. Датчик 16 выходного напряжения включен между положительным входным выводом выходного фильтра 8 и отрицательным выходным выводом сварочного аппарата. Датчик 14 перегрева установлен на радиаторе ключей 20-23 мостового инвертора 5 с возможностью контроля их температуры. Вход блока 9 поджига через разделительный конденсатор 19 включен параллельно ключу 21 второго полумоста мостового инвертора 5. Управление сварочным аппаратом осуществляется блоком управления 24, в состав которого входят микроконтроллер 10, блок 11 ручных настроек и цифровой индикации и драйверы 12 ключей мостового инвертора 5. К портам ввода микроконтроллера 10 подключены выходы блока 11 и выходы датчиков 13-16. Порты вывода микроконтроллера 10 соединены с входом блока 11 и входом драйверов 12. Выходы драйверов 12 соединены с управляющими входами соответствующих ключей 20-23. Маломощный блок питания 4 подключен входом к выходу входного выпрямителя 3. К выходу маломощного блока питания 4 подключены входы питания драйверов 12, микроконтроллера 10 и блока 11 (на чертеже не показано). Кроме того, выход блока питания 4 можно через последовательно включенные диод и токоотраничительный резистор подключить к выходным выводам (на чертеже не показано).The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of a welding machine. The welding machine contains: a network connector in the form of a network switch-machine 1, which is used to connect the welding machine to a three-phase network 380 V / 50 Hz. The output of the circuit breaker 1 is connected to the input of the line filter 2, the output of which is connected to the input of the input rectifier 3 in the form of a three-phase diode bridge. The outputs of the input rectifier 3 are connected to the input of the bridge inverter 5, the input of which is also connected to a filter capacitor 17 of high capacity. The bridge inverter 5 consists of two half-bridges connected in parallel to its input, the second half-bridge is made in the form of pairs of keys connected in series 20, 21, and the first half-bridge in the form of pairs of keys connected in series 22, 23. A network operability sensor 13 is connected in parallel with the input of the bridge inverter 5, which monitors the voltage level at the input of the bridge inverter 5. The primary winding of the high-frequency power transformer is connected to the output diagonal (diagonal of the alternating current) of the bridge inverter through an isolation capacitor 18 and 6, the secondary winding of which is connected to the input of the output rectifier 7. The output of the output rectifier 7 through the output current sensor 15 and the output filter 8 is connected to the output terminals of the welding machine. An output voltage sensor 16 is connected between the positive input terminal of the output filter 8 and the negative output terminal of the welding machine. The overheating sensor 14 is mounted on a radiator of keys 20-23 of the bridge inverter 5 with the possibility of monitoring their temperature. The input of the ignition unit 9 through the isolation capacitor 19 is connected in parallel with the key 21 of the second half-bridge of the bridge inverter 5. The welding machine is controlled by the control unit 24, which includes a microcontroller 10, a manual settings and digital display unit 11, and drivers 12 of the bridge inverter 5 keys. To the ports the input of the microcontroller 10 is connected to the outputs of the block 11 and the outputs of the sensors 13-16. The output ports of the microcontroller 10 are connected to the input of the block 11 and the input of the drivers 12. The outputs of the drivers 12 are connected to the control inputs of the corresponding keys 20-23. A low-power power supply 4 is connected by the input to the output of the input rectifier 3. The power inputs of the drivers 12, microcontroller 10, and block 11 are connected to the output of the low-power power supply 4 (not shown in the drawing). In addition, the output of the power supply 4 can be connected through series-connected diode and a current-limiting resistor to the output terminals (not shown in the drawing).
Блок 9 поджига выполнен на основе маломощного высокочастотного трансформатора со слабой магнитной связью между первичной и вторичной обмотками, а также с определенной (заданной) индуктивностью намагничивания и рассеивания первичной обмотки. Выводы первичной обмотки трансформатора формируют его вход блока поджига, вторичная обмотка указанного трансформатора через выпрямитель блока поджига и фильтр блока поджига соединена с выходом блока поджига.The ignition unit 9 is based on a low-power high-frequency transformer with a weak magnetic coupling between the primary and secondary windings, as well as with a certain (predetermined) magnetization and dissipation inductance of the primary winding. The conclusions of the primary winding of the transformer form its input of the ignition unit, the secondary winding of the specified transformer through the rectifier of the ignition unit and the filter of the ignition unit is connected to the output of the ignition unit.
Драйверы 12 выполнены в виде двух формирователей прямоугольных импульсов с двумя противофазными выходами каждый, вход синхронизации первого из которых соединен с задающим частоту генератором непосредственно, а другого - через фазосдвигающий блок. В управляющие импульсы введены малые интервалы паузы в моменты переключении для обеспечения возможности режима переключения ключей мостового инвертора при нулевом напряжении на них. Вход управления величиной фазового сдвига фазосдвигающего блока является входом драйверов. Выходы формирователей прямоугольных импульсов формируют выходы драйверов.Drivers 12 are made in the form of two formers of rectangular pulses with two out-of-phase outputs each, the synchronization input of the first of which is connected directly to the frequency-setting oscillator, and the other through a phase-shifting unit. Small pause intervals were introduced into the control pulses at the switching times to enable the switching mode of the bridge inverter keys at zero voltage on them. The input for controlling the magnitude of the phase shift of the phase-shifting unit is the input of the drivers. The outputs of the formers of rectangular pulses form the outputs of the drivers.
Остальные элементы, используемые в изобретении, широко известны из уровня техники.The remaining elements used in the invention are widely known in the art.
Сварочный аппарат работает следующим образом. При замыкании контактов сетевого выключателя - автомата 1 напряжение трехфазной сети поступает через сетевой фильтр на вход входного выпрямителя 3 и на маломощный блок питания 4, который питает все схемы блока управления 24. Выпрямленное напряжение с выхода входного выпрямителя 3 заряжает фильтрующий конденсатор 17, напряжение которого поступает на вход мостового инвертора 5 и, соответственно, на силовые выводы ключей 20-23. При подаче напряжения (Un) с выхода маломощного блока питания 4 на входы питания схем блока управления 24 запускается микроконтроллер 10 и начинает отрабатывать программу, введенную в него при сборке. На первом этапе программа обеспечивает проверку работоспособности микроконтроллера 10. На следующем этапе производится проверка начальных условий работы сварочного аппарата, при этом считываются сигналы с датчиков 13 -16, контролирующих его рабочее состояние. Информация с указанных датчиков через порты ввода микроконтроллера 10 поступает в его оперативную память. При условии исправности сети и отсутствия перегрева через порты ввода микроконтроллера 10 считывается информация с блока 11 о требуемых значениях выходных напряжения и тока. В микропроцессоре микроконтроллера 10 поступившая информация обрабатывается программой, которая вычисляет требуемые текущие значения соотношения времен подключения входного напряжения инвертора к его выходной диагонали и отключения входного напряжения мостового инвертора от его выходной диагонали и посылает их на порты вывода, где они преобразуются в сигналы управления схемой драйверов ключей 12, определяющие фазовый сдвиг импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора. Через порты вывода микроконтроллера выводятся управляющие сигналы для блока 11, который отображает рабочие (измеренные) и установленные значения выходных напряжения и тока на информационном табло. Алгоритм работы сварочного аппарата зависит от сигналов датчиков 13-16 и сигналов с блока 11, задающего режим работы. В режиме отсутствия сварки (ожидания) мостовой инвертор 5 выключен (закрыты все четыре ключа 20-23). На выход сварочного аппарата через диод и токоограничивающий резистор подается напряжение 12 В с блока 4 (макс. выходной ток ограничен резистором на уровне не более 100 мА). Микроконтроллер 10 с помощью датчика 16 постоянно контролирует (измеряет раз в 1 мс) выходное напряжение. В момент начала сварки (при касании электродом к свариваемой детали) выходное напряжение резко падает (до уровней 0÷5 В). Микроконтроллер 10, обнаружив это событие, включает сначала второй (ключи 20, 21) полумост силового инвертора, при этом трансформатор 6 отключен, а трансформатор блока поджига 9 подключен; на выход сварочного аппарата подается напряжение с блока поджига и через переход контакта электрода - деталь начинает протекать малый стартовый ток, величина которого ≈8А. При отведении электрода от детали на небольшое расстояние (1÷10 мм) происходит возбуждение дуги в соответствии с вольт-амперной характеристикой блока поджига 9, выходное напряжение также возрастает до значений 15÷80 В (в зависимости от промежутка электрод - деталь). Микроконтроллер 10 обнаруживает появление дуги и подключает второй полумост силового инвертора, при этом вступает в работу силовой трансформатор. Управляя значением угла фазового сдвига импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора, микроконтроллер 10 управляет характеристикой зажигания дуги и начальным процессом сварки. В режиме стабилизации сварочного (выходного) тока угол фазового сдвига φ1 импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей второго полумоста мостового инвертора, определяется в соответствии с математическим выражением (1). В режиме стабилизации выходного напряжения угол фазового сдвига φ2 импульсов, управляющих коммутацией парой ключей первого полумоста мостового инвертора, относительно импульсов, управляющих коммутацией парой ключей другого полумоста мостового инвертора, определяется в соответствии с математическим выражением (2). В случае принудительного ручного обрыва дуги (напряжение на выходе более 60 В в течение более 0,5 сек) или по окончании процесса сварки (сигнал с кнопки управления, поступающий с выхода блока 11) микроконтроллер отключает силовой генератор и переходит в ждущий режим. В процессе работы сварочного аппарата постоянно контролируется исправность питающей сети (датчик 13) и температура ключей мостового инвертора (датчик 14), в случае выхода из безопасного режима микроконтроллер 10 вырабатывает сигнал на отключение мостового инвертора 5 и выводит соответствующую информацию на информационное табло блока 11. В частном случае реализации защита от превышения температуры одного из ключей 20-23 заданной предельно допустимой микроконтроллер 10 вырабатывает сигнал, при котором ключи 20-23 будут заперты в течение всего периода регулирования, при этом напряжение на выходе мостового инвертора 5 равно нулю.The welding machine operates as follows. When the contacts of the circuit breaker - machine 1 are closed, the voltage of the three-phase network is supplied through the line filter to the input of the input rectifier 3 and to the low-power power supply 4, which feeds all the circuits of the control unit 24. The rectified voltage from the output of the input rectifier 3 charges the filter capacitor 17, the voltage of which is supplied to the input of the bridge inverter 5 and, accordingly, to the power terminals of the keys 20-23. When applying voltage (U n ) from the output of a low-power power supply 4 to the power inputs of the circuits of the control unit 24, the microcontroller 10 is started and starts to work out the program entered into it during assembly. At the first stage, the program provides a check of the health of the microcontroller 10. At the next stage, the initial conditions of the welding machine are checked, while the signals from the sensors 13-16 monitoring its operating state are read. Information from these sensors through the input ports of the microcontroller 10 enters its RAM. Provided that the network is in good condition and there is no overheating, information from block 11 on the required values of the output voltage and current is read through the input ports of the microcontroller 10. In the microprocessor of microcontroller 10, the received information is processed by a program that calculates the required current values of the ratio of the times the inverter input voltage is connected to its output diagonal and disconnects the input voltage of the bridge inverter from its output diagonal and sends them to the output ports, where they are converted into control signals of the key driver circuit 12, determining the phase shift of the pulses controlling the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter relative to the pulses controlling the pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter. Through the output ports of the microcontroller, control signals are output for block 11, which displays the working (measured) and set values of the output voltage and current on the information board. The algorithm of the welding machine depends on the signals of the sensors 13-16 and signals from the block 11, which sets the operating mode. In the absence of welding (standby) mode, the bridge inverter 5 is turned off (all four keys 20-23 are closed). A voltage of 12 V from block 4 is supplied to the output of the welding machine through a diode and a current-limiting resistor (max. Output current is limited by a resistor at a level of no more than 100 mA). The microcontroller 10 using the sensor 16 constantly monitors (measures every 1 ms) the output voltage. At the time of the start of welding (when the electrode touches the part being welded), the output voltage drops sharply (to levels 0 ÷ 5 V). The microcontroller 10, having detected this event, first turns on the second (keys 20, 21) half-bridge of the power inverter, while the transformer 6 is disconnected, and the transformer of the ignition unit 9 is connected; voltage is supplied to the output of the welding machine from the ignition unit and through the transition of the electrode contact, the part starts to flow a small starting current, the value of which is ≈8A. When the electrode is removed from the part for a small distance (1 ÷ 10 mm), the arc is excited in accordance with the current-voltage characteristic of the ignition unit 9, the output voltage also increases to 15 ÷ 80 V (depending on the gap between the electrode and the part). The microcontroller 10 detects the appearance of an arc and connects the second half-bridge of the power inverter, while the power transformer enters into operation. By controlling the value of the phase shift angle of the pulses controlling the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter, relative to the pulses controlling the switching of the pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter, the microcontroller 10 controls the ignition characteristic of the arc and the initial welding process. In the mode of stabilization of the welding (output) current, the phase angle angle φ1 of the pulses controlling the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter, relative to the pulses controlling the switching of the pair of keys of the second half-bridge of the bridge inverter, is determined in accordance with the mathematical expression (1). In the stabilization mode of the output voltage, the phase angle angle φ2 of the pulses controlling the switching of the key pair of the first half-bridge of the bridge inverter relative to the pulses controlling the switching of the pair of keys of the other half-bridge of the bridge inverter is determined in accordance with the mathematical expression (2). In the case of a forced manual arc break (voltage at the output of more than 60 V for more than 0.5 sec) or at the end of the welding process (signal from the control button coming from the output of unit 11), the microcontroller turns off the power generator and goes into standby mode. In the process of operation of the welding machine, the serviceability of the supply network (sensor 13) and the temperature of the keys of the bridge inverter (sensor 14) are constantly monitored, in case of exit from safe mode, the microcontroller 10 generates a signal to turn off the bridge inverter 5 and displays the corresponding information on the information panel of block 11. B In the particular case of implementation, the temperature control of one of the keys 20-23 of a predetermined maximum permissible microcontroller 10 generates a signal at which the keys 20-23 will be locked for the entire time iodine regulation, the voltage at the output of the inverter bridge 5 is zero.
Охлаждение греющихся элементов сварочного аппарата является принудительно воздушным, каждый из основных тепловыделяющих узлов (входной выпрямитель 3, мостовой инвертор 5, выходной выпрямитель) расположен на отдельном радиаторе, термически изолированном от других. Блок управления 12 и все токоведущие части электрических силовых элементов установлены вне зоны движения воздушного потока системы принудительно-воздушного охлаждения.The cooling of the heating elements of the welding machine is forced air, each of the main heat generating units (input rectifier 3, bridge inverter 5, output rectifier) is located on a separate radiator, thermally isolated from the others. The control unit 12 and all current-carrying parts of the electric power elements are installed outside the zone of movement of the air flow of the forced-air cooling system.
Достигнутый в представленном техническом решении результат - повышение надежности, уменьшение потерь мощности, высокие массогабаритные показатели и широкий диапазон возможностей позволяет эффективно использовать его в судостроении, машиностроении, строительной отрасли, для ремонтных работ и т.д.The result achieved in the presented technical solution is increased reliability, reduced power losses, high overall dimensions and a wide range of capabilities that make it possible to effectively use it in shipbuilding, engineering, the construction industry, for repair work, etc.
Claims (12)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005135701/02A RU2302931C1 (en) | 2005-11-17 | 2005-11-17 | Welding apparatus |
| KR1020060049939A KR100744022B1 (en) | 2005-11-17 | 2006-06-02 | Welding machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005135701/02A RU2302931C1 (en) | 2005-11-17 | 2005-11-17 | Welding apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2302931C1 true RU2302931C1 (en) | 2007-07-20 |
Family
ID=38275274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005135701/02A RU2302931C1 (en) | 2005-11-17 | 2005-11-17 | Welding apparatus |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100744022B1 (en) |
| RU (1) | RU2302931C1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100911723B1 (en) | 2007-12-24 | 2009-08-10 | 한국전기연구원 | Method For Welding Monitoring Using Arc Welding Power Source Device |
| KR101172365B1 (en) | 2010-12-27 | 2012-08-08 | 주식회사 화인 | Digital controlling circuit and system for electro-osmosis dehydrator of electrophoresis style with a phase control three-phase current |
| KR102103694B1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-04-23 | 화성기전(주) | Ac tig welder |
-
2005
- 2005-11-17 RU RU2005135701/02A patent/RU2302931C1/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-06-02 KR KR1020060049939A patent/KR100744022B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100744022B1 (en) | 2007-08-01 |
| KR20070052646A (en) | 2007-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5207568B1 (en) | Current source inverter device and control method of current source inverter device | |
| JP5449014B2 (en) | Automatic start / stop device for generator | |
| KR100306985B1 (en) | High frequency inverter and its induction heating cooker | |
| JP2008048485A (en) | Dc/ac converter and its overcurrent protedction method | |
| JPH06233529A (en) | Switching regulator | |
| EP2753145B1 (en) | Induction heat cooking apparatus | |
| RU2302931C1 (en) | Welding apparatus | |
| US9054602B2 (en) | Resonant circuit with constant current characteristics | |
| JPH0371590A (en) | Microwave range | |
| KR102471224B1 (en) | Device for controlling an input signal of phase shift full bridge converter and method thereof | |
| JP5322572B2 (en) | Power supply | |
| JP2000324830A (en) | Power-converter, and power-converter and method for induction heating | |
| JP2001211658A (en) | Halogen power converter having complementary switch | |
| JP2004006331A (en) | Induction heating apparatus | |
| JP2002315351A (en) | Ac inverter | |
| JPH11144860A (en) | High frequency heating apparatus | |
| JP2008053070A (en) | Induction heating device | |
| KR100900757B1 (en) | Apparatus for automatic changing power of electrical welding machine | |
| JP3858831B2 (en) | Laser oscillator and laser processing machine | |
| JP6612482B1 (en) | AC output power supply | |
| KR20190019287A (en) | Power transforming apparatus, Method for controlling the same and Air conditioner including the power transforming apparatus | |
| CN115183904B (en) | Temperature detection platform of high-frequency transformer | |
| JP2001072401A (en) | Ozonizer | |
| JP3556120B2 (en) | Resonant switching power supply | |
| JP3638700B2 (en) | Resistance welding machine control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161118 |