SU1407720A1

SU1407720A1 - Высокочастотный источник питани дл дуговой сварки

Info

Publication number: SU1407720A1
Application number: SU874175318A
Authority: SU
Inventors: Николай Георгиевич Синельников; Вячеслав Михайлович Ганюшин; Геннадий Павлович Фетисов; Дмитрий Львович Венценосцев
Original assignee: Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1987-01-05
Filing date: 1987-01-05
Publication date: 1988-07-07

Abstract

Изобретение относитс к сварочной технике и может быть использовано при проектировании источников питани . Цель - снижение габаритов и уменьшение мощности , потребл емой силовыми модул торами. Устройство содержит источник посто нного тока и два силовых модул тора. Блок управлени содержит схему поочередного переключени силовых модул торов. Силовые транзисторные модул торы преобразуют посто нный ток в высокочастотный импульсный . Блок управлени позвол ет регулировать среднее значение сварочного тока, частоту импульсов, диапазон пульсаций. Источник питани позвол ет равномерно распределить тепловую нагрузку между модул торами , уменьшить их мощность, упростить их конструкцию и настройку на оптимальный режим путем поочередного переключени каналов управлени модул торами . 4 ил. с S

Description

ю

Изобретение относитс к области сва- )очной техники и может быть использо- зано при проектировании источников питани .

Целью изобретени вл етс снижение . мощности и удешевление силовых модул - fopoB.

На фиг. I изображена функциональна

хема высокочастотного источника питани л дуговой сварки; на фиг. 2 - вре- енные диаграммы управл ющих импульсов ю 0) Напр жени и сварочного тока; на фиг. 3 -Компаратор 28 построен таким образом,

Дл у снени принципа работы схемы управлени этими модул торами предварительно необходимо заметить следующее. Компаратор 25 построен таким образом, что на его выходе имеетс единичный уровень напр жени () при При на выходе компаратора 25 имеетс нулевой уровень напр жени (U25

15

ариант блока поочередного переключени каналов управлени модул торами; на сриг. 4 - временные диаграм.мы напр же- ий на выходах элементов блока пооче- р|едного переключени каналов управлени одул торами..

Высокочастотный источник питани дл д1уговой сварки содержит последовательно срединенные источник посто нного тока, | полненный на трехфазном трансформа- JQ ре 1 и трехфазном выпр мителе 2, пер- .ш модул тор 3, датчик 4 тока, дуго- 1Й промежуток 5, осцилл тор 6 с перемычкой 7 и второй модул тор 8, а также пгрвый 9 и второй 10 диоды, резисторы 11 и 12, первый 13 и второй 14 конден- 25 зторы, первый 15 и второй 16 усилители.

что на его выходе имеетс нулевой уровень напр жени () при . При на выходе компаратора 28 имеетс единичный уровень напр жени ().

Компаратор 29 построен таким образом, что на его выходе имеетс единичный уровень напр жени () при . При на выходе компаратора 29 имеетс нулевой уровень напр жени .

В момент времени (см. фиг. 2) выходное напр жение датчика тока 4 мало, так как ток сварки (Ьв) равен току дежурной дуги. Следовательно, элементы блока управлени наход тс в следующих состо ни х.

На входе компаратора 25 , так как напр жение на выходе усилител - сумматора 22 определ етс задатчиком 21, следовательно на выходе компаратора 25 имеетс единичный уровень напр жени , который поступает как на один из входов

блок 17 поочередного переключени каналов управлени модул торами (коммутатор) блок 18 управлени .

Блок управлени состоит из интегрирую-.. . . „.

U ей цепи, выполненной на резисторе 19 схемы И 35, так и на второй вход и конденсаторе 20, задатчика 21 среднего блока 17 поочередного переключени кана- 3 качени сварочного тока, усилител -сумматора 22, генератора 23 треугольных импульсов с задатчиком 24 частоты, компаратора

), двух задатчиков 26 и 27 уровней тоа , двух ко.мпараторов 28 и 29, двух

фференцирующих цепей, выполненных на

35

конденсаторах 30 и 31 и резисторах 32 , триггера 34 и схемы И 35.

лов управлени модул торами. Последний в это врем находитс в состо нии, когда сигналы с его первого входа (I) передаютс на первый выход (), а сигналы с второго входа (II) - на второй выход (JK). Итак, единичный уровень напр жени с выхода компаратора 25 проходит через второй вход на второй выход блока 17 поочередного переключени каналов

Перед началом работы подключаетс дО управлени модул тора.ми через второй уси- э.1ектропитание и подбираютс нужные пара- литель 16 и открывает второй .моду- MJeTpbi сварочного тока, а именно среднее л тор 8.

з 1ачение сварочного тока (задатчиком 21),На входе компаратора 28 ,

частота и.мпульсов сварочного тока (задат- поэтому на его выходе нулевой уровень ч -1ком 24) и диапазон пульсации (задат- .напр жени (). Этот уровень через чйками 26 и 27). При включении элект- 45 дифференцирующую цепь (30, 32) попадает р|эпитани напр жение сети подаетс на ча R-вход триггера 34. т)ехфазный трансформатор 1, на осцилл - тфр 6 и на универсальный блок стабилизаторов напр жени (не показан). От это- г( блока осуществл етс питание элемен- тфв 15-17, 21--29, 34 и 35.

С помощью осцилл тора 6 (фиг. 1) зажигаетс дуга в дуговом промежутке 5, п()сле чего выход осцилл тора щунтирует- с) перемычкой 7. При закрытых модул торах 3 и 8 питание дуги осуществ- 55 уровень напр жени (), который, про- от выпр мител 2 через резисторыход через схему И 35, через первый

111 и 12. Сварка высокочастотными импуль-вход на первый выход блока 17 поочес |ми происходит при включении в опре-редного переключени каналов управлени

На входе компаратора 29 U4 :b 27, поэтому на его выходе единичный уровень напр жени (). При возникновении этого уровн дифференцирующа цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 остроконечный экспоненциальный положительный импульс. Поэтому на выходе триггера 34 по вл етс единичный

0) Компаратор 28 построен таким образом,

деленные моменты времени модул торов 3 и 8.

5

Q 5

.. . . „.

схемы И 35, так и на второй вход блока 17 поочередного переключени кана-

поэтому на его выходе нулевой уровень напр жени (). Этот уровень через дифференцирующую цепь (30, 32) попадает ча R-вход триггера 34.

уровень напр жени (), который, про- ход через схему И 35, через первый

модул торами и через первый усилитель 15, открывает первый модул тор 3.

Итак, оба модул тора открыты, напр жение с выхода выпр мител 2 приложено к дуговому промежутку 5, поэтому сварочный 5 ток (1св) начинает нарастать, соответственно нарастает и выходное напр жение датчика тока 4 (U4).

При превышении напр жением U уровн выходного напр жени задатчика 27 (U27)

поочередного переключени каналов упра: - лени модул торами и через первый усилитель 15, открывает первый модул тор 3.

34 отрицательный импульс. Этот импульс не может изменить состо ние триггера 34, поэтому сварочный ток продолжает нарастать .

Дальнейший процесс формировани импульса сварочного тока происходит как описано выше. При этом второй модул тор 8 посто нно открыт, а первый модул тор 3 включаетс и выключаетс , не позвол сваТеперь оба модул тора открыты, напр жение с выхода выпр мител 2-приложено к дуговому промежутку 5, поэтому сварочный ток (Ьв) начинает возрастать, соответственно нарастает и выходное напр жение

„ . ,.,,датчика 4 тока (U4). При превышении

в момент времени ti компаратор 29 измен ет напр жени U4 уровн выходного напр же- свое состо ние и на его выходе по в-ни задатчика 27 (U2-) компаратор 29

л етс нулевой уровень напр жени (U29 измен ет свое состо ние и на его выходе

0). Как только возникает этот уровень,по вл етс нулевой уровень напр жени

дифференцирующа цепь (31, 33) вырабаты-(). Как только возникает этот уровает и подает на вход триггера 34 от- jS вень, дифференцируюш,а цепь (31, 33) вы- рицательный импульс. Этот импульс не мо-рабатывает и подает на S-вход триггера

жет изменить состо ние триггера 34, поэтому сварочный ток продолжает нарастать до своего максимального значени (Ьв.макс). При этом в момент времени t2 U становитс равным U26, поэтому на выходе ком- 20 паратора 28 по вл етс единичный уровень напр жени (). При возникновении этого уровн дифференцируюш,а цепь (30, 32) вырабатывает и подает на R-вход триггера 34 положительный им- 25 рочному току lea становитс меньше мини- пульс, на выходе триггера по вл етс ну-мального значени ( ) и больше максимального значени (IMKAI J)Во врем протекани импульса сварочного тока на интегрирующей цепи (19, 20) осуществл етс суммирование напр жени

торый, проход через первый вход на пер- 30 U. На выходе усилител -сумматора 22 полу- выи выход блока 17 поочередного пере-чаетс убывающее напр жение (Uaa ),

равное разности выходного напр жени задатчика 21 и возрастающего напр жени с выхода интегрирующей цепи. В момент времени t4 U22 становитс равным выход- Так как в распределенной индуктивности 35 ному напр жению генератора 23 (U23). ко- сварочного контура накоплена определенна торое автоматически нарастает от нулевоэнерги , то сварочный ток, сохран своего значени . Следовательно, на выходе

направление, начинает убывать, протека ко.мпаратора 25 по вл етс нулевой уровень

по цепи 5-7-8-10-4-5. Убывает и на-напр жени (), которое поступает как

пр жение U4 которое быстро становитс на один из входов схемы И 35, так и

меньше, чем U26 ()- Следовательно,на второй вход блока 17 поочередного

на выходе компаратора 28 восстанавливает-переключени каналов управлени модул с нулевой уровень напр жени ().торами.

При этом дифференцирующа цепь (30, 32)Итак, нулевой уровень напр жени с вывырабатывает и подает на R-вход тригге-ходов компаратора 25 проходит через

ра 34 отрицательный импульс, который не д второй вход на второй выход блока 17 измен ет состо ние триггера. Сварочный токпоочередного переключени каналов управ1св , а вместе с ним и напр жение U4 лени модул торами, через второй усилитель продолжают убывать, пока в момент вре-16 и закрывает второй модул тор 8. В

мени is 1)4 не станет равным U27, а Ьв не дос-то же врем на выходе схемы И 35 по втигнет своего зинимального значени Ьв.мип. л етс нулевой уровень напр жени (I..i5 Компаратор 29 измен ет свое состо ние и на 50 0), которое проходит через первый вход его выходе по вл етс диничный уровеньна первый выход блока 17 поочередного

левой уровень напр жени (). Так как на входах схемы И 35 теперь разные уровни напр жени , то на ее выходе получаетс нулевой уровень напр жени , коключени каналов управлени модул торами и через первый усилитель 15, закрывает первый .модул тор 3.

напр жени (). При возникновении этого уровн дифференцирующа цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 положительный импульс, поэтому на выходе триггера по вл етс единичный уровень напр жени (), который , проход через схему И 35, через первый вход на первый выход блока 17

55

переключени каналов управлени модул торами , через первый усилитель 15 и закрывает первый модул тор 3. Так как в распределенной индуктивности сварочного контура накоплена определенна энерги , то сварочный ток, сохран свое направление , начинает убывать, протека по цепп 5-7-9-13-10-4-5 до тех пор, пока

Дальнейший процесс формировани импульса сварочного тока происходит как описано выше. При этом второй модул тор 8 посто нно открыт, а первый модул тор 3 включаетс и выключаетс , не позвол свавень , дифференцируюш,а цепь (31, 33) вы- рабатывает и подает на S-вход триггера

рочному току lea становитс меньше мини- мального значени ( ) и больше максимального значени (IMKAI J)

не станет равным, току дежурной дуги (1деж.). Убывает и напр жение U4, которое сначала становитс равным U27 (в момент времени ts), а затем меньше, чем р27. Таким образом, компаратор 29 измер ет свое состо ние и на его выходе по вл етс единичный уровень напр жени 1). При возникновении этого уровн дифференцирующа цепь (31, 33) вырабатывает и подает на S-вход триггера 34 юложительный импульс, поэтому на выходе риггера по вл етс единичный уровень aпp жeни (), который подаетс на эдин из входов схемы И 35. Однако, гак как на другом входе схемы И 35 нуле- зой сигнал, то на ее выходе также сохран ет- ; нулевой уровень напр жени .

Как только сразу на двух входах элока 17 поочередного переключени каналов управлени модул торами по вл ютс

При включении электропитани , от универсального блока стабилизаторов напр жени положительный потенциал +25 В подаетс на шины 14 питаюшего напр жени интегральных микросхем (фиг. 3) и делитель R1, R2 напр жени . Так как вначале процесса сварки при формировании первого сварочного импульса не существенно каким модул тором 3 или 8 формируетс диапазон значений 1св.ии11...1св.макс (фиг. 2), предположим, что блок поочередного переключени каналов yпpaBv Ieни модул торами имеет состо ние, при котором сигналы с

чулевые уровни напр жени , он измен ет ;вое состо ние, т. е. в момент времени 20 его первого входа передаютс на усили- ,4 блок 17 переходит в состо ние, когда тель 15, а сигналы с второго входа -

на усилитель 16. Чтобы это происходило, необходимо сформировать логическую «1 на выходе 6 и логический «О на выходе 5 триггера Д2.1. Переключение в указанное положение триггера происходит от элемента Д1.3 под действием фронта входного сигнала от 1 к О, когда на выходе б элемента Д1.3 формируетс логический «О.

25

;игналы с его первого входа будут пере- 1аватьс на его второй выход, а сигналы ; второго входа - на первый выход.

В момент времени te и.мпульс сварочного тока заканчиваетс , а следующий импульс начинаетс лишь в момент времени t, когда U22 станет больше, чем J2.3. За врем t4-t выходное напр жение енератора 23 треугольных импульсов (ЬЧз) автоматически достигает максимума и начи- ,„ iaeT убывать. За то же врем (t4-t) напр жение на выходе усилител -сумматора .12 (U22) воз растает, так как убывает ыходное напр жение интегрирующей цепи (19, 20).

В течение протекани следующего им- тульса сварочного тока работа устройства лало чем отличаетс от описанной. Одна- (0, так как блок 17 поочередного переключени каналов управлени модул торами 1змен ет свое состо ние, то теперь уже тервый модул тор 3 посто нно открыт, а второй модул тор 8 включаетс и выключаетс , не позвол сварочному току |(1св) становитьс .меньше минимального значени (Ьв.мин) и больще максимального :Иачени (Ьп. иахс). Это будет продолжать- , |Ь до тех пор, пока U23 снова не станет равным U22 в момент времени ts.

К этому моменту закрываютс оба мо- .йул тора 3 и 8, заканчиваетс текущий импульс сварочного тока и блок 17 поо35

40

В свою очередь, переключение Д1.3 с уровн «1 в «О возможно только при по влении «1, сигналов на выходах инверторов Д1.1 и Д1.2, которые создаютс после прекращени подачи импульсов управлени на выходы блока 18.

В момент времени О, когда возникают импульсы управлени с блока 18, элемент Д1.3 переключаетс с «О в «1, но этот переход не вли ет н-а прин тое в качестве исходного состо ние триггера Д2.1.

Использу таблицу истинности дл логического элемента И-НЕ, можно построить временные диаграммы работы логических элементов Д3.1-ДЗ.З, Д4.1-Д4.3 в период 0--14. Они представлены в виде напр жений , соответствующих логическим «1 и «О на выходах элементов схемы блока поочередного переключени каналов управлени модул торами 17 (фиг. 4).

В мо.мент времени t4, когда одновременно выключаютс управл ющие напр жени в обоих выходов блока 18, инвер Иередного переключени каналов управле-JQ торы D1. и DL2 формируют на своих

Ни модул торами измен ет свое состо ние,выходах 8 и 12 логическую «1, котора ,

t. е. в момент времени t он сновав свою очередь, создает логический «0 на

переходит в состо ние, когда сигналы с еговыходе D1.3 и те.м самым переключает

ifiepBoro входа будут передаватьс на пер-Т-триггер, созданный на элементе D2.1,

Ьый выход, а сигналы с второго входа -в состо ние с противоположными значе|на второй выход. На этом заканчивает-55 ни ми сигналов по отношению к прин (С полный цикл работы установки. Далее :&ти циклы повтор ютс до окончани процесса сварки.

тым. Таким образом, выход 6 имеет логический «О, а выход 5 - логическую «1. На основе таблицы истинности дл ло0

Блок 17 поочередного переключени каналов управлени модул торами состоит из двух логических элементов И-НЕ, используемых в качестве инверторов (Д1.1, Д1.2), семи логических элементов И-НЕ (Д1.3, Д3.1-ДЗ.З, Д4.1-Д4.3), примененных по их пр мому назначению, и I-К-триггера, преобразованного в Т-триггер (Д2.1) (фиг. 3).

0 его первого входа передаютс на усили- тель 15, а сигналы с второго входа -

В мо.мент времени t4, когда одновременно выключаютс управл ющие напр жени в обоих выходов блока 18, инверторы D1. и DL2 формируют на своих

ни ми сигналов по отношению к прин тым . Таким образом, выход 6 имеет логический «О, а выход 5 - логическую «1. На основе таблицы истинности дл логического элемента И-НЕ можно построить временные диаграммы работы логических элементов D3.1-D3.3, D4.1-D4.3 в период ty-ts (фиг. 4).

В момент ts блок поочередного переключени каналов управлени модул торами переключаетс в положение, с которого начато рассмотрение его работы.

Схема позвол ет составл ть оба модул тора из равного числа транзисторов.

годом - к точке соединени датчика тока и первого модул тора, причем модул торы зашунтированы соответственно первым и вторым резисторами, а источник посто нного тока - первым конденсатором , второй же конденсатор включен между анодом первого диода и точкой соединени датчика тока и дугового промежутка , при этом модул торы управл ютс схемой, состо щей из двух усилителей

Модул торы работают в режиме повышен- Ю и блока управлени , выполненного с одной нагрузки попеременно, по вл етс воз-ним входом и двум выходами, вход бло- можность снизить общее число транзисторов , следовательно значительно упрощаютс схемы, обеспечивающие согласованность работы транзисторов каждого модул тора.

15

ка управлени соединен с выходом датчика тока, выход первого усилител соединен с управл ющим входом первого модул тора , а выход второго усилител соединен с управл ющим входом второго модул тора , отличающийс тем, что, с целью снижени габаритов и уменьшени мощности, потребл емой силовыми модул торами, в него введен блок поочередного переключеФормула изобретени

Высокочастотный источник питани дл дуговой сварки, содержащий последовательно соединенные источник посто нного тока, 20 ни каналов управлени модул торами, вы- первый модул тор,, датчик тока, дуговойполненный с двум входами и двум выка управлени соединен с выходом датчика тока, выход первого усилител соединен с управл ющим входом первого модул тора , а выход второго усилител соединен с управл ющим входом второго модул тора , отличающийс тем, что, с целью снижени габаритов и уменьшени мощности, потребл емой силовыми модул торами, в него введен блок поочередного переключегодом - к точке соединени датчика тока и первого модул тора, причем модул торы зашунтированы соответственно первым и вторым резисторами, а источник посто нного тока - первым конденсатором , второй же конденсатор включен между анодом первого диода и точкой соединени датчика тока и дугового промежутка , при этом модул торы управл ютс схемой, состо щей из двух усилителей

и блока управлени , выполненного с одним входом и двум выходами, вход бло-

ни каналов управлени модул торами, вы- полненный с двум входами и двум выка управлени соединен с выходом датчика тока, выход первого усилител соединен с управл ющим входом первого модул тора , а выход второго усилител соединен с управл ющим входом второго модул тора , отличающийс тем, что, с целью снижени габаритов и уменьшени мощности, потребл емой силовыми модул торами, в него введен блок поочередного переключе

промежуток, осцилл тор и второй модул тор , а также два диода, первый из которых катодом подключен к точке соединени положительной клеммы источника с первым модул тором, а анодом - к точке соединени осцилл тора и второго модул тора , второй же диод анодом подключен к отрицательной клемме источника, а ка

ходами, приче.м его первый вход соединен с первым выходом блока управлени , его второй вход - с вторым выходом блока управлени , а первый и второй выходы блока поочередного переключени KaHavioe управлени модул торами соединены соответственно с входами первого и второго усилителей.

25 0

28 0

23 0

З

О (35

as.,

О

8

Фа.г

ta

Фиг.З

iitzts ittte 1 (ц 5

Claims

Формула изобретения

Высокочастотный источник питания для дуговой сварки, содержащий последовательно соединенные источник постоянного тока, 20 первый модулятор, · датчик тока, дуговой промежуток, осциллятор и второй модулятор, а также два диода, первый из которых катодом подключен к точке соединения положительной клеммы источника с первым модулятором, а анодом — к точке 25 соединения осциллятора и второго модулятора, второй же диод анодом подключен к отрицательной клемме источника, а ка10 тодом — к точке соединения датчика тока и первого модулятора, причем модуляторы зашунтированы соответственно первым и вторым резисторами, а источник постоянного тока — первым конденсатором, второй же конденсатор включен между анодом первого диода и точкой соединения датчика тока и дугового промежутка, при этом модуляторы управляются схемой, состоящей из двух усилителей и блока управления, выполненного с одним входом и двумя выходами, вход блока управления соединен с выходом датчика тока, выход первого усилителя соединен с управляющим входом первого модулятора, а выход второго усилителя соединен с управляющим входом второго модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения габаритов и уменьшения мощности, потребляемой силовыми модуляторами, в него введен блок поочередного переключения каналов управления модуляторами, выполненный с двумя входами и двумя выходами, причем его первый вход соединен с первым выходом блока управления, его второй вход — с вторым выходом блока управления, а первый и второй выходы блока поочередного переключения каналов управления модуляторами соединены соответственно с входами первого и второго усилителей.

Фиг.1

i - ____t -- UD1.2 ‘ ___t Udi.z> , t Ud2.1 , t UD2.1 t tA)3.f t U-D 3.2 i Udv. f ‘ t Uv4.2 t бъъ.ъ t Uiw.3 ___t

t^t-D ^f’ ф_игЛ