RU44074U1

RU44074U1 - WELDING THYRISTOR RECTIFIER

Info

Publication number: RU44074U1
Application number: RU2004128148/22U
Authority: RU
Inventors: В.С. Милютин; А.А. Морозов; А.В. Дмитриенко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уралтермосвар"
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2005-02-27

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для дуговой сварки плавящимся электродом, в частности, к универсальным источникам сварочного тока, обеспечивающим различные способы сварки. Задачей полезной модели является создание универсального сварочного тиристорного выпрямителя, обеспечивающего высокий уровень сварочных свойств для трех наиболее востребованных способов сварки (ручная сварка покрытым электродом ММА, полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе MAG, аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом TIG). Задача решатся тем, что в сварочном тиристорном выпрямителе, содержащем микропроцессорный регулятор, источник переменного напряжения, первый выход которого через последовательно соединенные тиристорный выпрямительный блок, дроссель, датчик тока и напряжения соединен с выходными внешними зажимами, при этом выход датчика тока соединен с первым измерительным входом микропроцессорного регулятора, а выход датчика напряжения соединен со вторым измерительным входом микропроцессорного регулятора, первый управляющий выход микропроцессорного регулятора соединен с управляемым входом тиристорного выпрямительного блока, выход блока настройки режимов соединен с первым информационным входом микропроцессорного регулятора. Кроме того, второй выход источника переменного сварочного напряжения через последовательно соединенные магнитный пускатель, диодный выпрямительный блок и балластный реостат соединены со входом дросселя, образуя вспомогательную силовую цепь. Информационный выход микропроцессорного регулятора соединен с входом блока индикации, второй управляющий выход микропроцессорного регулятора соединен с управляемым входом дросселя, а третий управляющий выход соединен с The utility model relates to equipment for arc welding with a consumable electrode, in particular, to universal sources of welding current, providing various welding methods. The objective of the utility model is to create a universal welding thyristor rectifier that provides a high level of welding properties for the three most popular welding methods (manual welding with a coated MMA electrode, semi-automatic welding with a consumable electrode in MAG shielding gas, argon-arc welding with a non-consumable TIG electrode). The problem will be solved in that in a welding thyristor rectifier containing a microprocessor regulator, an alternating voltage source, the first output of which is connected through a thyristor rectifier unit, inductor, current and voltage sensor to external output terminals, while the output of the current sensor is connected to the first measuring input microprocessor controller, and the output of the voltage sensor is connected to the second measuring input of the microprocessor controller, the first control output is microprocessor nth controller is connected to the controlled input of the thyristor rectifier unit, the output of the mode setting unit is connected to the first information input of the microprocessor controller. In addition, the second output of the source of alternating welding voltage through series-connected magnetic starter, diode rectifier unit and ballast rheostat are connected to the input of the inductor, forming an auxiliary power circuit. The information output of the microprocessor controller is connected to the input of the display unit, the second control output of the microprocessor controller is connected to the controlled input of the inductor, and the third control output is connected to

управляемым входом магнитного пускателя. Наличие микропроцессорного регулятора позволяет устанавливать и настраивать специальные функции. При ручной сварке покрытым электродом это ограничение напряжения холостого хода, горячий старт, защита от прилипания электрода и форсирование дуги. При полуавтоматической сварке в защитном газе это горячий старт, управление переносом электродного металла, отсечка тока. При аргоно-дуговой сварке это мягкий старт, циклограмма сварки, двух-четырехтактный режим, импульсный режим. Вспомогательная силовая цепь выполняет функцию высоковольтной подпитки, благодаря чему обеспечивается надежность зажигания сварочной дуги. Выполнение дросселя управляемым позволяет менять индуктивность в зависимости от способа сварки. Введение обратной связи по току и напряжению с использованием датчика тока и датчика напряжения, а также микропроцессорного регулятора, который управляет тиристорным выпрямительным блоком обеспечило возможность создания различных вольт-амперных характеристик, а также плавно, в том числе дистанционно настраивать сварочный ток и напряжение. Наличие датчика температуры силовых элементов, а также снабжение вентилятора ветровым реле позволяет осуществлять температурный контроль силовых элементов и в случае аварийной ситуации отключить источник. Выполнение выходных внешних зажимом в виде доски внешних зажимов с возможностью подключения электрододержателя для ручной сварки покрытым электродом (ММА), технологической аппаратуры со сварочной горелкой для полуавтоматической сварки в защитном газе (MAG) и сварочной горелкой для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG), позволяет обеспечивать универсальность источника. 5 з. п. ф., 4 илл.controlled input of the magnetic starter. The presence of a microprocessor controller allows you to install and configure special functions. In manual welding with a coated electrode, this is an open-circuit voltage limitation, a hot start, protection against sticking of the electrode and forcing the arc. In semi-automatic shielded gas welding, this is a hot start, electrode metal transfer control, current cutoff. In argon-arc welding, this is a soft start, welding sequence diagram, two-four-stroke mode, pulse mode. The auxiliary power circuit serves as a high-voltage make-up, which ensures the reliability of ignition of the welding arc. The execution of the choke controlled allows you to change the inductance depending on the welding method. The introduction of current and voltage feedback using a current sensor and a voltage sensor, as well as a microprocessor controller that controls the thyristor rectifier unit, made it possible to create various current-voltage characteristics, as well as smoothly, including remotely adjust the welding current and voltage. The presence of a temperature sensor for the power elements, as well as supplying the fan with a wind relay, allows temperature control of the power elements and, in case of emergency, disconnect the source. The output external clamp in the form of a board of external clamps with the possibility of connecting an electrode holder for manual welding with a coated electrode (MMA), technological equipment with a welding torch for semi-automatic welding in protective gas (MAG) and a welding torch for argon-arc welding with non-consumable electrode (TIG), allows you to ensure the universality of the source. 5 s P.F., 4 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для дуговой сварки плавящимся электродом, в частности, к универсальным источникам сварочного тока, обеспечивающим различные способы сварки (ручная сварка покрытым электродом, полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе, аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом).The invention relates to equipment for arc welding with a consumable electrode, in particular, to universal sources of welding current providing various welding methods (manual welding with a coated electrode, semi-automatic welding with a consumable electrode in a protective gas, argon-arc welding with a non-consumable electrode).

Известно устройство для питания дугового разряда [Патент РФ 2220034, Способ дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка и источник питания для его осуществления, оп. 27.12.2003].A device for powering an arc discharge [Patent RF 2220034, Method for arc welding with short circuits of the arc gap and a power source for its implementation, op. 12/27/2003].

Источник питания для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка содержит основной источник постоянного тока, состоящий из вторичной обмотки силового трехфазного трансформатора, подключенного к ее выходам тиристорного трехфазного выпрямительного блока и сглаживающего дросселя, подключенного к одному из выходов трехфазного выпрямительного блока, а также схему управления тиристорами трехфазного выпрямительного блока. Источник имеет постоянно действующий дополнительный источник электрической энергии с напряжением, составляющим 0,5-1,0 величины минимального напряжения горения дуги, состоящий из дополнительной обмотки трехфазного трансформатора, неуправляемого дополнительного трехфазного выпрямительного блока, подключенного входами к ее выходам, и последовательно подсоединенного к одному из выходов неуправляемого дополнительного трехфазного выпрямительного блока дополнительного сглаживающего дросселя, при этом положительный полюс дополнительного источника электрической энергии подключен к положительному полюсу основного источника постоянного тока, а отрицательный полюс - к отрицательному The power source for arc welding with short circuits of the arc gap contains a main DC source consisting of a secondary winding of a power three-phase transformer connected to its outputs of a thyristor three-phase rectifier block and a smoothing inductor connected to one of the outputs of a three-phase rectifier block, as well as a thyristor control circuit three-phase rectifier block. The source has a continuously operating additional source of electrical energy with a voltage of 0.5-1.0 of the minimum arc burning voltage, consisting of an additional winding of a three-phase transformer, an uncontrolled additional three-phase rectifier unit connected to its outputs by outputs and connected in series to one of the outputs of an uncontrolled additional three-phase rectifier block of an additional smoothing inductor, while the positive pole of the additional first electric power source connected to the positive terminal of the main DC power source and a negative pole - to the negative

полюсу основного источника постоянного тока. Дополнительный источник выполняет функцию низковольтной подпитки и включается параметрически в момент короткого замыкания капли с ванной, что приводит к резкому форсированию тока, тем самым интенсифицируя перенос капли в ванну.pole of the main DC source. An additional source performs the function of low-voltage make-up and is switched on parametrically at the moment of a short circuit of the droplet with the bath, which leads to a sharp increase in current, thereby intensifying the transfer of the droplet to the bath.

Недостатками данного источника является то, что дополнительный источник допускает только витковое, т.е. грубое, регулирование тока, а форсирование происходит параметрически - при падении напряжения основного источника ниже 0.5-1.0 величины минимального напряжения горения дуги, что затрудняет настройку режимов сварки. Основной выпрямительный блок выполнен по схеме несимметричного тиристорного мостового выпрямителя с сильной пульсацией выпрямленного напряжения и пониженными динамическими свойствами.The disadvantages of this source is that the additional source allows only round, i.e. coarse, current regulation, and forcing occurs parametrically - when the voltage of the main source drops below 0.5-1.0 the value of the minimum arc burning voltage, which complicates the setting of welding modes. The main rectifier unit is designed according to the scheme of an asymmetric thyristor bridge rectifier with a strong ripple of the rectified voltage and reduced dynamic properties.

Известен источник питания с улучшенными свойствами [Патент США 6384373, Welding power supply having improved supplemental power circuit, on. 07.05.2002]. Источник питания для сварки включает понижающий силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена в сеть. Выводы основной вторичной обмотки подключены к управляемому тиристорному выпрямительному блоку, первый выход которого соединен с деталью, а второй выход через дроссель - с электродом. Выводы дополнительной вторичной обмотки через коммутатор подключены к выпрямительному блоку, выходы которого подключены параллельно выходам управляемого тиристорного выпрямительного блока. Выход блока управления подключен к входам тиристорного выпрямительного блока, а именно к управляемым электродам тиристоров, а также - к входам коммутатора.A known power source with improved properties [US Patent 6384373, Welding power supply having improved supplemental power circuit, on. 05/07/2002]. The power source for welding includes a step-down power transformer, the primary winding of which is connected to the network. The conclusions of the main secondary winding are connected to a controlled thyristor rectifier unit, the first output of which is connected to the part, and the second output through the inductor to the electrode. The conclusions of the additional secondary winding through the switch are connected to the rectifier unit, the outputs of which are connected in parallel with the outputs of the controlled thyristor rectifier unit. The output of the control unit is connected to the inputs of the thyristor rectifier unit, namely to the controlled electrodes of the thyristors, as well as to the inputs of the switch.

Блок управления формирует сигналы, управляющие током и напряжением основного источника, а также включением и выключением дополнительного источника. Ток обоих источников сглаживается дросселем и поступает на сварочный электрод. Основной источник может создавать ток от 3 до 400 А, а дополнительный источник приблизительно 3 А. Основное назначение дополнительного источника - поддерживать дугу в интервалах The control unit generates signals that control the current and voltage of the main source, as well as turning on and off the additional source. The current of both sources is smoothed by the inductor and supplied to the welding electrode. The main source can create a current from 3 to 400 A, and the additional source is approximately 3 A. The main purpose of the additional source is to maintain an arc in the intervals

между включениями тиристоров, особенно при сварке током ниже 15 А.between thyristor inclusions, especially when welding with current below 15 A.

Возможно включение и выключение дополнительного источника, его синхронизация с режимами, задаваемыми блоком управления.It is possible to turn on and off the additional source, its synchronization with the modes specified by the control unit.

Недостатком данного устройства является то, что основной и дополнительный источники выполняют выпрямление однофазной синусоиды, что и вынуждает для сглаживания тока подключать фильтрующие элементы (конденсатор, обратный диод, дроссель).The disadvantage of this device is that the main and additional sources rectify a single-phase sinusoid, which forces filtering elements (capacitor, reverse diode, inductor) to smooth the current.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототип) является источник питания сварочной дуги [Патент США 5408067, Method and apparatus for providing welding current from a brushless alternator, oп. 18.04.1995], включающий источник трехфазного переменного напряжения (генератор), выводы обмоток которого подключены к входу управляемого тиристорного выпрямительного блока, один выход которого подключен к свариваемой детали, а другой через датчик тока (шунт) и дроссель к сварочному электроду. Выводы датчика тока, а также датчика напряжения дуги подключены к измерительным входам управляющего блока. Управляющие выходы управляющего блока соединены с управляющими входами управляемого тиристорного выпрямительного блока. Кроме того, управляющие выходы блока управления соединены с обмотками возбуждения генератора. Блок управления содержит устройство ввода информации и устройство отображения информации.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is the power source of the welding arc [US Patent 5408067, Method and apparatus for providing welding current from a brushless alternator, op. 04/18/1995], including a three-phase AC voltage source (generator), the windings of which are connected to the input of a controlled thyristor rectifier unit, one output of which is connected to the part to be welded, and the other through a current sensor (shunt) and inductor to the welding electrode. The conclusions of the current sensor, as well as the arc voltage sensor are connected to the measuring inputs of the control unit. The control outputs of the control unit are connected to the control inputs of the controlled thyristor rectifier unit. In addition, the control outputs of the control unit are connected to the excitation windings of the generator. The control unit comprises an information input device and an information display device.

Источник содержит обратную связь по току и напряжению, что позволяет управлять режимами работы с обеспечением необходимой энергии сварочной дуги (ток и напряжение), задаваемыми сварщиком. При этом высокое быстродействие позволяет учитывать возмущения от короткого замыкания в процессе сварки.The source contains feedback on current and voltage, which allows you to control operating modes with the necessary energy of the welding arc (current and voltage), set by the welder. At the same time, high speed allows you to take into account disturbances from a short circuit in the welding process.

Недостатком данного устройства является то, что тиристорный выпрямительный блок выполнен несимметричным, что снижает устойчивость процесса и замедляет переходные процессы регулирования, т.е. не позволяет обеспечить достаточное быстродействие при управлении. The disadvantage of this device is that the thyristor rectifier unit is asymmetrical, which reduces the stability of the process and slows down the transient regulation processes, i.e. It does not allow for sufficient performance in the management.

Очевидно также, что управление по обмотке возбуждения имеет еще худшее быстродействие, не позволяющее управлять переносом капель. Простейший алгоритм управления переносом в виде импульсов постоянной величины непригоден при сварке в углекислом газе и при сварке покрытым электродом.It is also obvious that the control over the field winding has even worse performance, which does not allow to control the transfer of drops. The simplest transfer control algorithm in the form of pulses of constant magnitude is not suitable for welding in carbon dioxide and for welding with a coated electrode.

Задачей полезной модели является создание универсального сварочного тиристорного выпрямителя, обеспечивающего высокий уровень сварочных свойств для трех наиболее востребованных способов сварки (ручная сварка покрытым электродом ММА, полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе MAG, аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом TIG).The objective of the utility model is to create a universal welding thyristor rectifier that provides a high level of welding properties for the three most popular welding methods (manual welding with a coated MMA electrode, semi-automatic welding with a consumable electrode in MAG shielding gas, argon-arc welding with a non-consumable TIG electrode).

Задача решатся тем, что в сварочном тиристорном выпрямителе, содержащем микропроцессорный регулятор, источник переменного напряжения, первый выход которого через последовательно соединенные тиристорный выпрямительный блок, дроссель, датчик тока и напряжения соединен с выходными внешними зажимами, при этом выход датчика тока соединен с первым измерительным входом микропроцессорного регулятора, а выход датчика напряжения соединен со вторым измерительным входом микропроцессорного регулятора, первый управляющий выход микропроцессорного регулятора соединен с управляемым входом тиристорного выпрямительного блока, выход блока настройки режимов соединен с первым информационным входом микропроцессорного регулятора. Новым в сварочном тиристорном выпрямителе является выполнение источника переменного напряжения в виде трансформатора. Кроме того, второй выход источника переменного сварочного напряжения через последовательно соединенные магнитный пускатель, диодный выпрямительный блок и балластный реостат соединены со входом дросселя, образуя вспомогательную силовую цепь. Кроме того, информационный выход микропроцессорного регулятора соединен с входом блока индикации, второй управляющий выход микропроцессорного регулятора соединен с The problem will be solved in that in a welding thyristor rectifier containing a microprocessor regulator, an alternating voltage source, the first output of which is connected through a thyristor rectifier unit, inductor, current and voltage sensor to external output terminals, while the output of the current sensor is connected to the first measuring input microprocessor controller, and the output of the voltage sensor is connected to the second measuring input of the microprocessor controller, the first control output is microprocessor nth controller is connected to the controlled input of the thyristor rectifier unit, the output of the mode setting unit is connected to the first information input of the microprocessor controller. New in the welding thyristor rectifier is the implementation of an alternating voltage source in the form of a transformer. In addition, the second output of the source of alternating welding voltage through series-connected magnetic starter, diode rectifier unit and ballast rheostat are connected to the input of the inductor, forming an auxiliary power circuit. In addition, the information output of the microprocessor controller is connected to the input of the display unit, the second control output of the microprocessor controller is connected to

управляемым входом дросселя, а третий управляющий выход соединен с управляемым входом магнитного пускателя.controlled input of the inductor, and the third control output is connected to the controlled input of the magnetic starter.

Использование в качестве источника переменного напряжения трансформатора позволило обеспечить питание пониженным напряжением основную и вспомогательную цепи силового питания. Вспомогательная силовая цепь выполняет функцию высоковольтной подпитки, благодаря чему обеспечивается надежность зажигания сварочной дуги. Выполнение дросселя управляемым позволяет менять индуктивность в зависимости от способа сварки. Введение обратной связи по току и напряжению с использованием датчика тока и датчика напряжения, а также микропроцессорного регулятора, который управляет тиристорным выпрямительным блоком обеспечило возможность создания различных вольт-амперных характеристик, а также плавно, в том числе дистанционно настраивать сварочный ток и напряжение. Микропроцессорный регулятор позволяет устанавливать и настраивать специальные функции. При ручной сварке покрытым электродом это ограничение напряжения холостого хода, горячий старт, защита от прилипания электрода и форсирование дуги. При полуавтоматической сварке в защитном газе это горячий старт, управление переносом электродного металла, отсечка тока. При аргоно-дуговой сварке это мягкий старт, циклограмма сварки, двух-четырехтактный режим, импульсный режим.The use of a transformer as an AC voltage source made it possible to provide low-voltage power to the main and auxiliary power supply circuits. The auxiliary power circuit serves as a high-voltage make-up, which ensures the reliability of ignition of the welding arc. The execution of the choke controlled allows you to change the inductance depending on the welding method. The introduction of current and voltage feedback using a current sensor and a voltage sensor, as well as a microprocessor controller that controls the thyristor rectifier unit, made it possible to create various current-voltage characteristics, as well as smoothly, including remotely adjust the welding current and voltage. The microprocessor controller allows you to set and configure special functions. In manual welding with a coated electrode, this is an open-circuit voltage limitation, a hot start, protection against sticking of the electrode and forcing the arc. In semi-automatic shielded gas welding, this is a hot start, electrode metal transfer control, current cutoff. In argon-arc welding, this is a soft start, welding sequence diagram, two-four-stroke mode, pulse mode.

Кроме того, тиристорный выпрямительный блок снабжен датчиком температуры, выход которого соединен с четвертым измерительным входом микропроцессорного регулятора, а вентилятор ветровым реле, выход которого соединен с третьим измерительный входом микропроцессорного регулятора, шестой управляющий выход которого соединен с управляющим входом автоматического выключателя, что позволяет осуществлять температурный контроль силовых элементов и в случае аварийной ситуации отключить источник.In addition, the thyristor rectifier unit is equipped with a temperature sensor, the output of which is connected to the fourth measuring input of the microprocessor controller, and a fan with a wind relay, the output of which is connected to the third measuring input of the microprocessor controller, the sixth control output of which is connected to the control input of the circuit breaker, which allows temperature control of power elements and in case of emergency disconnect the source.

Выполнение выходных внешних зажимом в виде доски внешних зажимов с возможностью подключения электрододержателя для ручной The output of the external clamp in the form of a board of external clamps with the ability to connect an electrode holder for manual

сварки покрытым электродом (ММА), технологической аппаратуры со сварочной горелкой для полуавтоматической сварки в защитном газе (MAG) и сварочной горелкой для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG), позволяет обеспечивать универсальность источника.welding with a coated electrode (MMA), technological equipment with a welding torch for semi-automatic welding in protective gas (MAG) and a welding torch for argon-arc welding with a non-consumable electrode (TIG), allows for the universality of the source.

Дополнительно микропроцессорный регулятор снабжен третьим информационным входом, выполненным с возможностью подключения внешнего программирующего устройства и четвертым информационным входом, выполненным с возможностью подключения пульта дистанционного управления. Внешнее программирующее устройство и пульт дистанционного управления позволяют оперативно настраивать программы работы микропроцессорного регулятора.Additionally, the microprocessor controller is equipped with a third information input, configured to connect an external programming device and a fourth information input, configured to connect a remote control. An external programming device and a remote control allow you to quickly configure the programs of the microprocessor controller.

Микропроцессорный регулятор дополнительно снабжен информационным входом, который соединен с кнопкой сварочной горелки, четвертый управляющий выход соединен с газовым клапаном, а пятый управляющий выход соединен с механическим приводом.The microprocessor controller is additionally equipped with an information input that is connected to the button of the welding torch, the fourth control output is connected to a gas valve, and the fifth control output is connected to a mechanical drive.

Сочетание силовых конструктивных элементов - трехфазный понижающий трансформатор, тиристорный трехфазный выпрямительный мостовой блок, управляемый дроссель, подключаемая по мере необходимости высоковольтная подпитка - с быстродействующим микропроцессорным регулятором позволили создать универсальный источник, обеспечивающий высокий уровень сварочных свойств для трех наиболее востребованных способов сварки (ручная сварка покрытым электродом, полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе, аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом).The combination of power components - a three-phase step-down transformer, a thyristor three-phase rectifier bridge unit, a controlled inductor, a high-voltage make-up connected as needed - with a high-speed microprocessor regulator made it possible to create a universal source that provides a high level of welding properties for the three most popular welding methods (manual welding with a coated electrode , semi-automatic welding with a consumable electrode in a shielding gas, argon-arc welding n refractory electrode).

На фиг.1 представлена блок-схема сварочного тиристорного выпрямителя;Figure 1 presents a block diagram of a welding thyristor rectifier;

на фиг.2 - представлены внешние вольт-амперные характеристики и осциллограммы работы аппарата в режиме ручной сварки покрытым электродом;figure 2 - presents the external current-voltage characteristics and oscillograms of the operation of the device in manual welding with a coated electrode;

на фиг.3 - внешние вольт-амперные характеристики и осциллограммы figure 3 - external volt-ampere characteristics and waveforms

работы в режиме полуавтоматической сварки в защитном газе;work in the mode of semi-automatic welding in protective gas;

на фиг.4 - внешние вольт-амперные характеристики и осциллограммы работы в режиме аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом;figure 4 - external current-voltage characteristics and waveforms of operation in the mode of argon-arc welding non-consumable electrode;

Сварочный тиристорный выпрямитель имеет основную силовую цепь и вспомогательную силовую цепь, входящие в систему управления режимами сварки, а также систему защиты от перегрузки (фиг.1). Основная силовая цепь содержит последовательно соединенные трехфазный понижающий трансформатор 1, тиристорный выпрямительный блок 2, сглаживающий дроссель 3, датчик 4 тока и доску 5 внешних зажимов. Вспомогательная силовая цепь содержит последовательно соединенные магнитный пускатель 6, диодный выпрямительный блок 7 и балластный реостат 8. Вспомогательная силовая цепь включена параллельно тиристорному выпрямительному блоку 2. Трехфазный понижающий трансформатор 1 запитан от сети переменного тока и имеет первичную секцию из трех обмоток, а также вторичные основную и дополнительную секции из трех обмоток в каждой (на чертеже не показаны). Основная силовая цепь запитана от основной вторичной обмотки трансформатора 1, а вспомогательная силовая цепь - от дополнительной вторичной обмотки. Тиристорный выпрямительный блок 2 выполнен по схеме трехфазного мостового выпрямления. Выход датчика 4 тока соединен с входом датчика 9 напряжения. Доска 5 внешних зажимов представляет собой панель с разъемами для подключения либо электрододержателя для ручной сварки покрытым электродом (ММА), либо для подключения технологической аппаратуры со сварочной горелкой для полуавтоматической сварки в защитном газе (MAG) или аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG). Система защиты от перегрузки содержит подключенный к сети переменного тока автоматический выключатель 10, к выходам которого подключен вентилятор 11, поток воздуха которого воздействует на ветровое реле 12, а также датчик 13 температуры, установленный на радиаторе силовых элементов тиристорного выпрямительного блока 2.Welding thyristor rectifier has a main power circuit and an auxiliary power circuit included in the control system of welding conditions, as well as an overload protection system (Fig. 1). The main power circuit contains a series-connected three-phase step-down transformer 1, a thyristor rectifier unit 2, a smoothing inductor 3, a current sensor 4 and a board 5 of external clamps. The auxiliary power circuit contains a series-connected magnetic starter 6, a diode rectifier unit 7 and a ballast resistor 8. The auxiliary power circuit is connected in parallel with the thyristor rectifier unit 2. The three-phase step-down transformer 1 is powered from an alternating current main and has a primary section of three windings, as well as secondary main and an additional section of three windings in each (not shown in the drawing). The main power circuit is powered from the main secondary winding of the transformer 1, and the auxiliary power circuit is supplied from an additional secondary winding. Thyristor rectifier unit 2 is made according to the scheme of three-phase bridge rectification. The output of the current sensor 4 is connected to the input of the voltage sensor 9. The external clamp board 5 is a panel with connectors for connecting either an electrode holder for manual welding with a coated electrode (MMA), or for connecting technological equipment with a welding torch for semi-automatic welding in protective gas (MAG) or argon-arc welding with non-consumable electrode (TIG). The overload protection system contains a circuit breaker 10 connected to an AC mains, the outputs of which are connected to a fan 11, the air flow of which acts on the wind relay 12, as well as a temperature sensor 13 mounted on the radiator of the power elements of the thyristor rectifier unit 2.

Главным элементом системы управления режимами сварки является микропроцессорный регулятор 14. В основе микропроцессорного регулятора могут быть использованы, например, микроконтроллер PIC 18F452, а также цифро-аналоговые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи и другие согласующие элементы. Первый и второй измерительные входы 15 и 16 микропроцессорного регулятора 14 соединены соответственно с выходами датчика 4 тока и датчика 9 напряжения. Первый управляющий выход 17 микропроцессорного регулятора 14 соединен с управляемым входом тиристорного выпрямительного блока 2, второй управляющий выход 18 соединен с управляемым входом сглаживающего дросселя 3, а третий управляющий выход 19 соединен с управляемым входом магнитного пускателя 6. Для выбора и настройки параметров сварочного процесса используется блок 20 настройки режимов, выход которого соединен с первым информационным входом 21 микропроцессорного регулятора 14. Вся необходимая сварщику информация отображается блоком 22 индикации, вход которого соединен с информационным выходом 23 микропроцессорного регулятора 14.The main element of the welding mode control system is the microprocessor controller 14. The microprocessor controller can be based on, for example, the PIC 18F452 microcontroller, as well as digital-to-analog converters, analog-to-digital converters and other matching elements. The first and second measuring inputs 15 and 16 of the microprocessor controller 14 are connected respectively to the outputs of the current sensor 4 and voltage sensor 9. The first control output 17 of the microprocessor controller 14 is connected to the controlled input of the thyristor rectifier unit 2, the second control output 18 is connected to the controlled input of the smoothing inductor 3, and the third control output 19 is connected to the controlled input of the magnetic starter 6. To select and adjust the welding process parameters, use the block 20 mode settings, the output of which is connected to the first information input 21 of the microprocessor controller 14. All information necessary for the welder is displayed by the block 22 indie cation, the input of which is connected to the information output 23 of the microprocessor controller 14.

При работе в режиме полуавтоматической сварки в защитном газе или аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом к доске 5 внешних зажимов соответственно подключается технологическая аппаратура со сварочными горелками MAG или TIG, при этом к четвертому и пятому управляющим выходам 24 и 25 микропроцессорного регулятора 14 подключаются соответственно газовый клапан и механический привод, а сигнал от кнопки сварочной горелки поступает на второй информационный вход 26.When operating in the mode of semi-automatic welding in shielding gas or argon-arc welding with non-consumable electrode, technological equipment with MAG or TIG welding torches is respectively connected to the board 5 of the external clamps, while the gas valve is connected to the fourth and fifth control outputs 24 and 25 of the microprocessor controller 14, respectively and a mechanical drive, and the signal from the button of the welding torch enters the second information input 26.

Выходы ветрового реле 12 и датчика 13 температуры соединены соответственно с третьим и четвертым измерительным входами 27 и 28 микропроцессорного регулятора 14. Шестой управляющий выход 29 микропроцессорного регулятора 14 соединен с управляемым входом автоматического выключателя 10. На третий информационный вход 30 The outputs of the wind relay 12 and the temperature sensor 13 are connected respectively to the third and fourth measuring inputs 27 and 28 of the microprocessor controller 14. The sixth control output 29 of the microprocessor controller 14 is connected to a controlled input of the circuit breaker 10. To the third information input 30

микропроцессорного регулятора 14 приходит сигнал от внешнего программирующего устройства, в качестве которого может быть использован персональный компьютер. На четвертый информационный вход 31 приходит сигнал от пульта дистанционного управления.microprocessor controller 14 receives a signal from an external programming device, which can be used as a personal computer. The fourth information input 31 receives a signal from the remote control.

Общий алгоритм функционирования выпрямителя, форма внешней вольт-амперной характеристики, вид циклограммы тока и напряжения, порядок реакции на возможные возмущения сварочного процесса вводятся от внешнего программирующего устройства через третий информационный вход 30 в память микропроцессорного регулятора 14. Задание сварочного тока, напряжения и других параметров осуществляется непосредственно через первый информационный вход 21 микропроцессорного регулятора 14 с использованием клавиатуры блока 20 настройки режимов. Дополнительно эти параметры можно задать через четвертый информационный вход 31 с пульта дистанционного управления. Информация о заданных параметрах и основных текущих состояниях сварочного процесса отображается блоком 22 индикации.The general algorithm for the operation of the rectifier, the form of the external current-voltage characteristic, the type of current and voltage cyclogram, the reaction order for possible disturbances of the welding process are entered from the external programming device through the third information input 30 into the memory of the microprocessor regulator 14. The welding current, voltage and other parameters are set directly through the first information input 21 of the microprocessor controller 14 using the keyboard of the mode setting unit 20. Additionally, these parameters can be set via the fourth information input 31 from the remote control. Information about the set parameters and the main current conditions of the welding process is displayed by the display unit 22.

При включении автоматического выключателя 10 напряжение подается на понижающий трансформатор 1 и далее с основной секции вторичных обмоток понижающего трансформатора 1 по основной силовой цепи, где оно сначала выпрямляется тиристорным выпрямительным блоком 2, сглаживается дросселем 3 и поступает на доску 5 внешних зажимов, а затем подается в сварочную дугу. Во вспомогательной цепи напряжение, подаваемое с дополнительной секции вторичных обмоток понижающего трансформатора 1 через магнитный пускатель 6, выпрямляется в диодном выпрямительном блоке 7, при этом ток ограничивается балластным реостатом 8 и подается на входной зажим дросселя 3.When the circuit breaker 10 is turned on, the voltage is supplied to the step-down transformer 1 and then from the main section of the secondary windings of the step-down transformer 1 through the main power circuit, where it is first rectified by the thyristor rectifier unit 2, smoothed by the inductor 3 and fed to the board 5 of external clamps, and then fed to welding arc. In the auxiliary circuit, the voltage supplied from the additional section of the secondary windings of the step-down transformer 1 through the magnetic starter 6 is rectified in the diode rectifier block 7, while the current is limited by the ballast rheostat 8 and is supplied to the input terminal of the inductor 3.

В соответствии с настроенным режимом сварки микропроцессорный регулятор 14 формирует и подает с первого управляющего выхода 17 сигналы в тиристорный выпрямительный блок 2, регулирующие моменты включения каждого из шести тиристоров в соответствующий полупериод In accordance with the set welding mode, the microprocessor controller 14 generates and feeds from the first control output 17 signals to the thyristor rectifier unit 2, which regulates the moments when each of the six thyristors is turned on in the corresponding half-cycle

переменного напряжения, устанавливая тем самым необходимый сварочный ток и напряжение. Сигнал со второго управляющего выхода 18 задает необходимую индуктивность дросселя 3. Сигнал с третьего управляющего выхода 19 управляет работой магнитного пускателя 6, включая или отключая вспомогательную цепь, которая играет роль высоковольтной подпитки, обеспечивая устойчивое горение дуги в перерывах между включениями вентилей тиристорного выпрямительного блока 2.alternating voltage, thereby setting the required welding current and voltage. The signal from the second control output 18 sets the necessary inductance of the inductor 3. The signal from the third control output 19 controls the operation of the magnetic starter 6, turning on or off the auxiliary circuit, which plays the role of high-voltage make-up, ensuring stable arc burning in the intervals between switching on the valves of the thyristor rectifier unit 2.

В процессе сварки постоянно измеряются и анализируются сварочный ток и сварочное напряжение. Для этого сигнал обратной связи по току от датчика 4 тока и сигнал обратной связи по напряжению от датчика 9 напряжения поступают на первый и второй измерительные входы 15 и 16 микропроцессорного регулятора 14, где они сравниваются с сигналами задания, хранящимися в памяти микропроцессорного регулятора, и по результатам отклонения формируется сигнал, который с первого управляющего выхода 17 поступает в тиристорный выпрямительный блок 2.During the welding process, welding current and welding voltage are continuously measured and analyzed. To do this, the current feedback signal from the current sensor 4 and the voltage feedback signal from the voltage sensor 9 are supplied to the first and second measuring inputs 15 and 16 of the microprocessor controller 14, where they are compared with the reference signals stored in the memory of the microprocessor controller, and The deviation results in the formation of a signal, which from the first control output 17 enters the thyristor rectifier unit 2.

Сигналы от ветрового реле 12 и датчика 13 температуры, входящих в систему защиты от перегрузки, поступают соответственно на третий и четвертый измерительный входы 27 и 28 микропроцессорного регулятора 14. В случае отсутствия или недостатка охлаждения вследствие неисправности вентилятора 11, а также в случае перегрева силовых элементов микропроцессорный регулятор 14 формирует аварийный сигнал на шестом управляющем выходе, который отключает автоматический выключатель 10, обесточивая тем самым основную и вспомогательную силовые цепи.The signals from the wind relay 12 and the temperature sensor 13, which are part of the overload protection system, respectively arrive at the third and fourth measuring inputs 27 and 28 of the microprocessor controller 14. In the absence or lack of cooling due to a malfunction of the fan 11, as well as in case of overheating of the power elements the microprocessor controller 14 generates an alarm at the sixth control output, which trips the circuit breaker 10, thereby de-energizing the main and auxiliary power circuits.

Технологические возможности полезной модели были испытаны при трех способах сварки: ручной покрытым электродом (ММА), полуавтоматической в углекислом газе (MAG) и аргоно-дуговой неплавящимся электродом (TIG).The technological capabilities of the utility model were tested with three welding methods: hand-coated electrode (MMA), semi-automatic in carbon dioxide (MAG) and argon-arc non-consumable electrode (TIG).

При ручной сварке покрытым электродом сварочный тиристорный выпрямитель имеет комбинированную внешнюю вольт-амперную характеристику, состоящую из четырех участков (фиг.2, а). Участок 32 When manual welding with a coated electrode, the welding thyristor rectifier has a combined external volt-ampere characteristic, consisting of four sections (Fig.2, a). Section 32

подпитки формируется вспомогательной силовой цепью и необходим для заполнения пауз между включениями вентилей в тиристорном выпрямительном блоке 2. Пологопадающий участок 33 представляет собой естественную вольт-амперную характеристику основной силовой цепи при полнофазном включении тиристорного выпрямительного блока 2. Участок 34 характеристики может использоваться для снижения тока при удлинении дуги, например, при сварке шва в вертикальном положении. Основной вертикальный участок 35 устанавливают при регулировании сварочного тока с помощью блока 20 настройки режимов или пульта дистанционного управления. Форма и наклон участков 34 и 35 определяются типом электродного покрытия и пространственным положением шва. Устанавливают и настраивают также специальные функции, такие как ограничение напряжения холостого хода, т.е. снижение напряжения в режиме ожидания до безопасного значения; горячий старт, т.е. кратковременное увеличение тока в начале сварки с целью повышения надежности зажигания; защита от прилипания электрода, т.е. ограничение длительности короткого замыкания электрода с деталью при зажигании;make-up is formed by the auxiliary power circuit and is necessary to fill in the gaps between the valves on in the thyristor rectifier block 2. The falling section 33 is a natural current-voltage characteristic of the main power circuit when the thyristor rectifier block 2 is fully turned on. The characteristic section 34 can be used to reduce current during elongation arcs, for example, when welding a seam in a vertical position. The main vertical section 35 is set when regulating the welding current using the unit 20 settings or remote control. The shape and inclination of sections 34 and 35 are determined by the type of electrode coating and the spatial position of the seam. Special functions, such as limiting the open circuit voltage, i.e. standby voltage reduction to a safe value; hot start, i.e. short-term increase in current at the beginning of welding in order to increase the reliability of ignition; electrode stick protection, i.e. limiting the duration of a short circuit of an electrode with a part during ignition;

форсирование дуги, т.е. настройка тока короткого замыкания каплей электродного металла на ванну с целью управления его переносом.arc forcing, i.e. setting the short circuit current with a drop of electrode metal to the bath in order to control its transfer.

Динамические свойства тиристорного сварочного выпрямителя для данного способа сварки характеризуют осциллограммы сварочного тока и напряжения (фиг.2, б и 2, в). Процесс зажигания показан на фиг.2, б. Из состояния ожидания 36 с безопасным напряжением холостого хода процесс с момента касания электродом изделия переходит в режим короткого замыкания 37, а после отвода электрода - к режиму дугового разряда 38. Ток горячего старта поддерживается в течение короткого замыкания, если оно не превысило настроенное время ограничения длительности короткого замыкания, и сохраняется некоторое время после этого для установления дугового разряда с общей продолжительностью горячего старта в течение интервала 39. Затем ток снижается до значения, соответствующего The dynamic properties of the thyristor welding rectifier for this welding method characterize the waveforms of the welding current and voltage (Fig.2, b and 2, c). The ignition process is shown in figure 2, b. From the standby state 36 with a safe open-circuit voltage, the process from the moment the electrode touches the product switches to short circuit mode 37, and after the electrode is removed to the arc discharge mode 38. The hot start current is maintained for a short circuit if it does not exceed the set duration limit time short circuit, and remains for some time after that to establish an arc discharge with a total duration of a hot start during interval 39. Then the current decreases to a value corresponding to existing

настроенному сварочному току 40. Видно, что зажигание происходит надежно с первого касания электродом изделия, без обрывов дуги и прилипания электрода. Процесс устойчивого горения дуги показан на фиг.2, в. Дуговой процесс 41 идет без обрывов дуги и сопровождается регулярным переносом электродного металла в моменты коротких замыканий 42 капли с ванной. Пиковый ток короткого замыкания 43 настроен так, чтобы форсированием обеспечить энергичный, но без чрезмерного разбрызгивания перенос электродного металла в ванну.the set welding current 40. It can be seen that ignition occurs reliably from the first touch of the product with the electrode, without arc breaks and electrode sticking. The process of sustainable arc burning is shown in figure 2, c. The arc process 41 proceeds without arc breaks and is accompanied by regular transfer of electrode metal at the time of short circuits 42 drops with a bath. The peak short-circuit current 43 is configured to force the transfer of electrode metal into the bath with vigorous, but without excessive spatter.

При полуавтоматической сварке в углекислом газе сварочный тиристорный выпрямитель имеет внешнюю вольт-амперную характеристику из двух участков (фиг.3, а). Участок 44 высоковольтной подпитки такой же, как при ручной сварке покрытым электродом. Основной жесткий участок 45 устанавливают при регулировании сварочного напряжения с помощью блока 20 настройки режимов или дистанционного пульта управления. Устанавливают и настраивают также специальные функции, такие как, горячий пуск, т.е. зажигание дуги при кратковременном полнофазном включении тиристоров; отсечка тока, т.е. ограничение сварочного тока с целью предупреждения прожогов свариваемой детали и повреждения сварочной горелки.When semi-automatic welding in carbon dioxide, the welding thyristor rectifier has an external volt-ampere characteristic of two sections (Fig.3, a). The high-voltage feed portion 44 is the same as that for manual welding with a coated electrode. The main hard portion 45 is set when adjusting the welding voltage using the unit 20 settings or remote control. Special functions, such as hot start, i.e. arc ignition during short-term full-phase inclusion of thyristors; current cutoff i.e. limitation of welding current in order to prevent burn-through of the welded part and damage to the welding torch.

Динамические свойства выпрямителя при полуавтоматической сварке иллюстрируют осциллограммы тока и напряжения на фиг.3, б и 3, в. На фиг.3,6 показан процесс зажигания при отключенной высоковольтной подпитке -магнитный пускатель 6 выключен. После нажатия кнопки на горелке на вход 26 поступает сигнал пуска, в результате чего выпрямитель начинает работать в режиме 46 холостого хода основной силовой части. С момента касания электродной проволокой детали в режиме горячего старта 47 короткое замыкание при полнофазном включении тиристоров способствует быстрому установлению дугового процесса 48 с первого касания без обрывов дуги и длительных повторных коротких замыканий. Процесс сварки (фиг.3, в) идет с непрерывным чередованием интервалов дугового разряда 49 и коротких The dynamic properties of the rectifier during semi-automatic welding are illustrated by the waveforms of current and voltage in Fig.3, b and 3, c. In Fig.3.6 shows the ignition process when the high-voltage makeup is turned off, the magnetic starter 6 is turned off. After pressing the button on the burner, a start signal is input to input 26, as a result of which the rectifier starts operating in idle mode 46 of the main power unit. From the moment the electrode wire touches the part in the hot start mode 47, a short circuit when the thyristors are turned on in full phase helps to quickly establish the arc process 48 from the first touch without arc breaks and long repeated short circuits. The welding process (Fig. 3, c) proceeds with a continuous alternation of the intervals of the arc discharge 49 and short

замыканий каплями 50. Благодаря ограничению индуктивности дросселя 3 сигналом с выхода 18 перенос электродного металла имеет регулярный характер с интенсивным, но не чрезмерным нарастанием тока короткого замыкания 51 капли с ванной. Высокая стабильность напряжения достигается за счет обратной связи, действием датчика 9 напряжения, а высокая стабильность тока обеспечивается стабильной подачей проволоки механизмом подачи, запитанным от выхода 25.drops short circuits 50. Due to the limitation of the inductance of the inductor 3 by the signal from the output 18, the transfer of the electrode metal is regular with an intense, but not excessive increase in the short circuit current 51 drops from the bath. High voltage stability is achieved by feedback, the action of the voltage sensor 9, and high current stability is ensured by a stable wire feed by the feed mechanism, powered from output 25.

При аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом выпрямитель имеет внешнюю вольт-амперную характеристику из трех участков (фиг.4, а). Участок 52 высоковольтной подпитки и пологопадающий участок 53 такие же, как при ручной сварке покрытым электродом. Вертикальный участок 54 устанавливают при регулировании сварочного тока с помощью блока 20 настройки режимов или пульта дистанционного управления. Устанавливают и настраивают также специальные функции, такие как мягкий пуск, т.е. снижение тока при зажигании коротким замыканием с целью предупреждения повреждения электрода и поверхности детали; циклограмму, т.е. порядок и длительность включения исполнительных устройств (тиристорный выпрямительный блок 2, газовый клапан и др.) при двух- или четырехтактном цикле пользования кнопкой на горелке; параметры сварки пульсирующей дугой, т.е. сила тока и длительность импульса тока и паузы.When argon-arc welding with a non-consumable electrode, the rectifier has an external current-voltage characteristic of three sections (figure 4, a). The high-voltage feed portion 52 and the dipping portion 53 are the same as those for manual welding with a coated electrode. The vertical section 54 is set when regulating the welding current using the block 20 settings or remote control. Special functions, such as soft start, i.e. reduction of current during ignition by short circuit in order to prevent damage to the electrode and the surface of the part; cyclogram, i.e. the order and duration of switching on the actuators (thyristor rectifier unit 2, gas valve, etc.) during a two- or four-stroke cycle of using the button on the burner; pulsed arc welding parameters, i.e. current strength and duration of the current pulse and pause.

Динамические свойства выпрямителя отражены циклограммами (фиг.4, б и 4, в) процесса аргоно-дуговой сварки с 4-тактным циклом пользования кнопкой на горелке, подключенной к входу 26. Цикл складывается из следующих этапов. После первого длительного нажатия кнопки идут этапы подачи газа до сварки 55 и зажигания дуги методом мягкого старта 56, а после отпускания кнопки - плавное нарастание основного тока 57, сварка шва в нижнем положении 58, сварка шва в вертикальном положении 59 со снижением тока при кратковременном нажатии и отпускании кнопки. После второго длительного нажатия кнопки начинается плавное снижение тока для The dynamic properties of the rectifier are reflected in the cyclograms (Fig. 4, b and 4, c) of the argon-arc welding process with a 4-cycle cycle of using the button on the torch connected to input 26. The cycle consists of the following steps. After the first long press of the button, the gas supply steps up to welding 55 and ignition of the arc by the soft start method 56, and after releasing the button, the main current 57 gradually increases, welding the seam in the lower position 58, welding the seam in the vertical position 59 with a decrease in current with a short press and releasing the button. After a second long press of the button, a smooth decrease in current begins for

заварки кратера 60, а после второго отпускания кнопки - подача газа после сварки 61. На рис.4, в показаны осциллограммы тока и напряжения при сварке пульсирующей дугой тонколистового металла на весу с точным чередованием импульсов тока 62 и пауз 63.welding of the crater 60, and after the second release of the button - gas supply after welding 61. Figure 4, c shows the waveforms of current and voltage during welding by a pulsating arc of sheet metal in weight with the exact alternation of current pulses 62 and pauses 63.

Claims

1. Welding thyristor rectifier containing an AC voltage source, the first output of which is connected to the input of the thyristor rectifier unit, the output of which is connected through a series reactor and current sensor to the external output terminals, while the output of the current sensor is connected to the first measuring input of the microprocessor controller, and the output of the voltage sensor is connected to the second measuring input of the microprocessor controller, the first control output of the microprocessor controller is connected to the input of the thyristor rectifier unit, the output of the mode setting unit is connected to the first information input of the microprocessor controller, characterized in that the source of the alternating welding voltage is made in the form of a transformer, the second output of the source of alternating welding voltage through a series-connected magnetic starter, the diode rectifier unit and the ballast rheostat are connected with the input of the throttle, the information output of the microprocessor controller is connected to the input of the display unit, second control output of the microprocessor controlled controller coupled to the throttle input, and a third control output coupled to a control input of the magnetic actuator.

2. The thyristor welding rectifier according to claim 1, characterized in that the thyristor rectifier unit is equipped with a temperature sensor, the output of which is connected to the fourth measuring input of the microprocessor controller, the fan is equipped with a wind relay, the output of which is connected to the third measuring input of the microprocessor controller, the sixth control output of which connected to the control input of the circuit breaker.

3. The welding thyristor rectifier according to claim 1, characterized in that the output external clamps are made in the form of a board of external clamps with the possibility of connecting an electrode holder for manual welding with a coated electrode (MMA), technological equipment with a welding torch for semi-automatic welding in protective gas (MAG) and a welding torch for argon-arc welding with non-consumable electrode (TIG).

4. The welding thyristor rectifier according to claim 1, characterized in that the microprocessor controller is equipped with a third information input configured to connect an external programming device.

5. The welding thyristor rectifier according to claim 1, characterized in that the microprocessor controller is equipped with a fourth information input configured to connect a remote control.

6. The thyristor welding rectifier according to claim 1, characterized in that the second information input of the microprocessor controller is configured to connect a welding torch button, the fourth control output is configured to connect a gas valve, and the fifth control output is configured to connect a mechanical drive.