SU1687395A2 - Инверторный сварочный источник питани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к статическим преобразовател м электрической энергии может быть использовано дл  электродуговой сварки посто нным током Целью изобретени   вл етс  повышение КПД сварочного источника. Источник содержит выпр митель напр жени  промышленной сети, к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состо щий из двух последовательно включенных конденсаторов , и полумостовой тиристорный последовательный резонансный инвертор с обратными диодами. Источник дополнительно снабжен электронным реле тока, двум  узлами транзисторных коммутаторов RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двум  схемами двум  формировател ми импульсов. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки с посто нной паузой между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура. Изобретение позвол ет повысить КПД источника питани  за счет повышени  коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обесточени  автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода. 2 ил. сл

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к статическим преобразовател м электрической энергии, и может быть использовано дл  электродуговой сварки посто нным током.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД сварочного источника за счет повы- шени  коэффициента трансформации понижающего трансформатора инвертора и обеспечени  автоматической принудительной коммутации тиристоров инвертора в режиме холостого хода.

На фиг. 1 изображена структурна  схема инверторного сварочного источника питани ; на фиг.2 - временна  диаграмма тока в

колебательной цепи инвертора и диаграммы напр жений на элементах схемы управлени  узлов транзисторных коммутаторов, причем на диаграммах первые два колебательных цикла работы инвертора соответствуют работе сварочного источника в режиме сварки, а последующие два - в режиме хЪлостого хода

Инверторный сварочный источник питани  содержит выпр митель 1 напр жени  промышленной сети (см. фиг.1), к которому параллельно подсоединены накопительный конденсатор, состо щий из двух последовательно включенных конденсаторов 2 и 3, и полумостовой тиристорный последовательо

00 VJ 00

ю сл

го

ный резонансный инвертор 4 с обратными диодами, состо щий из тиристоров 5, 6, обратных диодов 7, 8 и последовательного коммутирующего колебательного контура 9. Один конец последовательного коммутирующего колебательного контура соединен с общей точкой тиристоров 5 и 6 инвертора 4, а другой - с общей точкой первичной и дополнительной обмоток трансформатора 10, включенных между собой последовательно в согласном направлении . Причем второй конец первичной обмотки трансформатора 10 подключен к общей точке конденсатора 2 и 3 накопительного конденсатора, а второй конец дополнительной обмотки трансформатора 10 через свою пару обратных диодов 11 и 12 соответственно соединен с положительным и отрицательным выходами выпр мител  напр жени  промышленной сети.

Вторична  обмотка трансформатора 10, выполненна  с выводом от средней точки и двум  симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, через двухполупериодный выпр митель 13 сварочного тока подключена к батарее конденсаторов 14 и через реактор 15 - к нагрузке 16. При этом выход выпр мител  напр жени  промышленной сети соединен с входом обратной св зи по напр жению блока управлени  инвертором 17, а выходы последнего подключены к соответствующим управл ющим электродам тиристоров 5 и 6 инвертора 4, к входам схемы ИЛИ 18 и соответственно к S и R-входам RS-триггера 19, Q и Q-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам схем И 20 и 21. Выход схемы ИЛИ 18 через формирователь 22 задержанного импульса подключен к вторым входам схем И 20 и 21, к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока 23. Последнее подключено между общей точкой тиристоров 5, 6 и общей точкой обратных диодов 7, 8 инвертора 4.

Выходы схем И 20 и 21 через свои формирователи импульсов 24 и 25 соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27, выход каждого из которых подключен между общей точкой диодов выпр мител  13 сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора 10.

На диаграмме 28 (см. фиг.2) представлено изменение тока первичной обмотки трансформатора 10, на диаграммах 29, 30 и 31 - напр жени  на выходах схемы ИЛИ 18, формировател  22 задержанного импульса и электронного реле тока 23 соответственно , на диаграммах 32 и 33 - соответственно

напр жени  на выходах формирователей импульсов 24 и 25.

Инверторный сварочный источник питани  работает следующим образом.

При подключении источника питани  к

сети и поочередной подачи коротких управл ющих импульсов с блока управлени  инвертором 17 на тиристоры 5 и 6 инвертора 4 по первичной обмотке трансформатора 10

потечет переменный ток, обусловленный колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). В св зи с тем, что поток рассе ни  трансформатора 10 минимален, а емкость конденсаторов 2 и

3 и емкость батареи конденсаторов 14 намного больше емкости конденсатора коммутирующего колебательного контура 9, то колебательный процесс практически определ етс  только параметрами колебательного контура.

Следовательно, собственна  резонансна  частота колебательной цепи f0 I/T0 и ее добротность посто нны. Инвертор работает в режиме прерывистого тока нагрузки

с посто нной паузой ti между соседними последовательными циклами коммутирующего колебательного контура 9 (фиг.2). Величина паузы ti определ етс  частотой следовани  управл ющих импульсов блока

управлени  инвертором 17, заданной внутренним генератором последнего (на чертеже не показан).

После нескольких циклов колебательного процесса по мере зар да практически

посто нным по средней величине током напр жение на батарее конденсаторов 14 возрастает до уровн  зажигани  дуги на нагрузке 16, и если при это дуговой промежуток ионизирован, например осцилл тором

(на чертеже не показан), то дуга зажигаетс  и по цепи нагрузки, через реактор-ограничитель тока 15 протекает ток сварки, вследствие чего дальнейший зар д конденсаторной батареи 14 прекращаетс , а напр жение на ней определ етс  падением напр жени  на дуговом промежутке нагрузки 16.

В режиме сварки амплитуда суммарно- го напр жени  на первичной и дополнительной обмотках трансформатора 10 меньше, чем равные между собой напр жени  на каждом из конденсаторов 2 и 3. из-за чего обратные диоды 11 и 12 остаютс  за- пертыми и в работе не участвуют, при этом установившийс  средний ток сварки практически стабилен, мало зависит от величины напр жени  на дуге нагрузки 16 и определ етс  лишь величиной паузы п между коле- бательными циклами инвертора (фиг.2) и

напр жением на выходе выпр мител  напр жени  промышленной сети 1 (фиг.1).

В процессе работы короткие управл ющие импульсы с блока управлени  инвертором 17 поочередно поступают также на S и R-входы RS-триггера 19 и на входы схемы ИЛИ 18. Под воздействием указанных импульсов RS-триггер 19 каждый раз перебрасываетс , разреша  тем самым прохождение сигналов через схемы И 20 или 21. Одновременно при прохождении управл ющих импульсов через схему ИЛИ 18 формирователем задержанного импульса

22они задерживаютс  на врем  т.2, несколько большее, чем половина периода собственной резонансной частоты колебательной цепи инвертора 4 ta То/2.

Однако через схемы И 20 и 21 задержанные импульсы не проход т, так как при каждом прохождении тока обратной полуволны коммутирующего колебательного контура 9 через обратные диоды 7 и 8 инвертора 4 на инверсном выходе электронного реле тока

23по вл етс  сигнал О (фиг.2), поступаю; щий на третьи входы схем И 20 и 21.

Следовательно, в процессе сварки формирователи импульсов 24 и 25 не срабатывают , в св зи с чем узлы транзисторных коммутаторов 26 и 27 в работе не участвуют.

Если при включении источника питани  сварочна  дуга на нагрузке 16 не зажигаетс  или в процессе сварки она оборвалась, то процесс зар да батарей конденсаторов 14 продолжаетс , и в момент, когда напр жение зар да на ней становитс  несколько больше, чем напр жение горени  дуги, максимальное напр жение на конденсаторе коммутирующего колебательного контура 9 становитс  меньше того уровн , при котором обратные диоды 7 или 8 инвертора 4 еще включаютс  и происходит коммутаци  тиристоров 5 и 6.

Начина  с этого момента, непосредственно после тиристорной полуволны тока коммутирующего колебательного контура 9, например тиристора 5, электронное реле тока 23 больше не срабатывает и на его выходе присутствует сигнал Г (см. фиг.2, вследствие чего задержанный импульс с диода формировател  задержанного импульса 22 в зависимости от состо ни  RS-триггера 19 проходит через схему И 20 на вход формировател  импульсов 24. Последний на своем выходе формирует пр мо- угольный импульс длительностью достаточной дл  восстановлени  запирающих свойств тиристора 5 инвертора 4. Этот импульс, усилива сь в узле транзисторного коммутатора 26, открывает в составе последнего силовой выходной транзисторный ключ (на чертеже не показан), под действием которого напр жение зар да батареи конденсаторов 14 прикладываетс  между 5 средней точкой вторичной обмотки трансформатора 10 и его соответствующей отпайкой , расположение которой на вторичной обмотке рассчитано с учетом компенсации суммарного падени  напр жени  на диоде

10 выпр мител  напр жени  сварочного тока 13 в пр мом направлении и на открытом выходном транзисторном ключе узла транзисторного коммутатора 26.

Суммарное напр жение на первичной

5 обмотке трансформатора 10 и на ко денса- торе коммутирующего колебательного контура 9 становитс  больше, чем напр жение на каждом из конденсаторов 2 и 3, благодар  чему обратнынй диод 7 начинаетпро0 пускать ток и в течение импульса, выработанного формирователем импульсов 24, происходит коммутаци  тиристора 5. Далее при последующем отпирании тиристора 6 инвертора 4 процессы в схеме повтор ютс 

5 в той же последовательности как и ранее, с той лишь разницей, что в работе теперь участвует схемы И 21, формирователь импульсов 25 и узел транзисторного коммутатора 27. Таким образом, происходит дальней0 ший зар д батареи конденсаторов 14 до напр жени  холостого хода, при котором суммарное напр жение на первичной и дополнительной обмотках трансформатора 10 становитс  больше, чем напр жение на каж5 дом из конденсаторов 2 и 3, благодар  чему в зависимости от измен ющейс  пол рности этого напр жени  обратные диоды 11 и 12 поочередно пропускают ток рекуперации , возвраща  всю энергию, потребл е0 мую инвертором 4 (за исключением энергии потерь в паразитных сопротивлени х схемы ), в конденсаторы 2 и 3. При зажигании дуги на нагрузке 16 в этом режиме напр жение на батарее конденсаторов 14 падает до

5 уровн  напр жени  дуги, ток рекуперации обратных диодов 11 и 12 падает до нул , при срабатывании электронного реле тока 23 прекращаетс  работа узлов транзисторных коммутаторов 26 и 27 и источник питани  с

0 режима холостого хода автоматически переходит в режим сварки.

При колебани х напр жени  питающей сети пропорционально повышаетс  или по- 5 нижаетс  напр жение на входе обратной св зи по напр жению блока управлени  инвертором 17, в зависимости от чего соответственно понижаетс  или повышаетс  частота управл ющих импульсов на выходе последнего, что увеличивает или уменьшает

врем  паузы (фиг.2) между соседними колебательными циклами коммутирующего колебательного контура 9, поддержива  тем самым, посто нным среднее значение тока сварки.

Предлагаемый источник питани  при стабильном установленном токе сварки, не завис щем от параметров нагрузки, практически полной симметричной загрузке силовых элементов схемы и высокой надежности работы отличаетс  повышенным КПД за счет способности работы при более высоком коэффициенте трансформации понижающего трансформатора инвертора, что при заданном токе сварки уменьшает потребл емую от первичного источника питани  мощность. Это обсто тельство позвол ет использовать в цеп х сетевого выпр мител  и инвертора силовые полупроводниковые элементы с более низкой нагрузочной способностью по току, а также уменьшить емкость элементов конденсаторного оборудовани , что улучшает массогабаритные показатели сварочного источника и снижает его себестоимость . С другой стороны, улучшаетс  устойчивость работы инвертора а переходных режимах работы, в которых автоматически контролируетс  и при необходимости осуществл етс  процесс коммутации тиристоров инвертора.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Инверторный сварочный источник питани  по авт.св. fsfe 1530367. отличающий- с   тем, что, с целью повышени  КПД. он 5 дополнительно снабжен электронным реле тока, двум  узлами транзисторных коммутаторов , RS-триггером, схемой ИЛИ, формирователем задержанного импульса, двум  схемами И и двум  формировател ми им0 пульсов, причем вторична  обмотка трансформатора выполнена с двум , симметрично расположенными относительно среднего вывода отпайками, выходы блока управлени  инвертором дополнительно

   5 подключены к входам схемы ИЛИ и к S и R-входам RS-триггера, Q и Q-выходы которого соответственно подсоединены к первым входам первой и второй схемы И, причем выход схемы ИЛИ через формирователь за0 держанного импульса подключен к вторым входам схем И, и к третьим входам которых подсоединен инверсный выход электронного реле тока, подключенного между общей точкой тиристоров и общей точкой обратных ди5 одов инвертора, при этом выходы первой и второй схемы И через свои формирователи импульсов соединены с соответствующими входами узлов транзисторных коммутаторов, выход каждого из которых подключен между

   0 общей точкой диодов выпр мител  сварочного тока и соответствующей отпайкой вторичной обмотки трансформатора.

   33

   Фаг. 2