SU998037A1 - Источник питани дл дуговой сварки - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к источникам питани  сварочных установок, содержащих промежуточное звено переменного тока повышенной относительно питающей сети частоты.

Известно устройство, предназначенное дл  дуговой сварки и содержащее промежуточный преобразователь частоты, а также соединенные последовательно мостовой высоковольтный неуправл емый выпр митель, питающийс  от сети переменного тока, емкостный фильтр, тиристорный.полумостовой инвертор, силовой трансформатор, содержащий первиз1ную и -вторичную обмотки , низковольтный выпр митель, фильтр и сварочную цепь, а также систему управлени  инвертором Cl.

Устройство имеет высокий КПД, так как при наличии двухобмоточного трансформатора ток нагрузки инвертора при разорванной сварочной цепи  в-. л етс  током холостого хода трансформатора .

Достаточное дл  надежной коммутации вентилей инвертора значение этого тока обеспечиваетс  при низком сопротивлении трансформатора со стороны его первичной обмотки, которое достигаетс  малым числом виуков этой обмотки, активными потер ми в сердечнике, либо совместным действием этих факторов, что приводит к потер м мощности в элементах источника питани .

известно также устройство, в которое дл  расширенных диапазонов нагрузок последовательного инвертора вплоть до холостого хода вторичной обмотки введен-выпр митель, вход которого подключен к выходу инвертора непосредственно или через допол .- нительную обмотку трансформатора а выход - к зажимам питани  инвертора посто нным током 23.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  ис-

20 точнйк питани  дл  дуговой сварки,содержащий тиристорный последовательный инвертор, трансформатор, нагрузку и выпр митель, причем трансформатор содержит три обмотки (первичную, вторичную и дополнительную)-и схему управлени  инвертором. Первична  обмотка подключена к выходу инвертора, вторична  к нагрузке, дополнительна  к входу выпр мител , выход которого соединен с клеммами источника питани  инвертора посто нным током.

Параллельно первичной обмотке трансформатора подключен конденсатор СзЗ.

Недоста тком источника  вл етс  невысокий КПД, что св зано с наличием конденсатора, подключенного па раллельно первичной обмотке трансформатора .

Применение конденсатора в данном устройстве вызвано необходимостью компенсации индуктивных составл ющих сопротивлений фаз выпр мител  и инерционности его диодов с целью увеличени  скорости вывода энергии из трансформатора во врем  переходных процессов; ограниченность диапазона частотного регулировани  мощности нагрузки также св зана с наличием конденсатора, сопротивление которого падает с ростом частот Целью изобретени   вл етс  экономи электроэнергии за счет повышени  КП

Цель достигаетс  тем, что в истоник питани  дл  дуговой сварки, содержащий высоковольтный выпр митель подключенный к вводным клеммам сети переменного тока, последовательно сединенные фильтр, инвертор, трансформатор , имеющий первичную и вторичную обмотки и низковольтный выпр митель , при этом выход последнего подключен к выходу источника, а выход высоковольтного выпр мител  подключен к фильтру, первый и второй входы первой схемы сравнени  соединены соответственно с выходом цатчика тока и источником опорного напр жени , выход первой схемы сравнени  через задающй генератор соединен с последовательно соединен- ными делителем частоты иформирователем импульсов, выход которого соединен с тиристорами инвертора, введены лини  задержки, втора  схема сравнени  и делитель напр жени , а трансформатор выполнен с трем  дополнительными обмотками, причем пер ва  и треть  Дополнительнее обмотки намотаны поверх остальных обмоток трансформатора, к выходным зажимам инвертора подключены.две параллельные цепи, перва  из которых состоит из последовательно-согласно соединенных первичной и первой дополнительной обмотки трансформатора а втора  из последовательно-встречно соединённых второй: и третьей дополнительной обмоток, выход датчика тока соединен с первым входом второй схемы сравнени , второй ее вход через делитель напр жени  соединен с источником опорного напр жени , выход вгорой cxei«a сравнени  через линию задержки соединен с вторым входом задающего гененатора.

На чертеже приведена блок-схема {источника питани .

Источник питани  содержит высоковольтный выпр митель 1, вход которого подключен к питающей сети переменного тока, выход через фильтр 2к входу последовательного тиристор- ного инвертора 3, выход которого подключен к двум параллельно соединенным цеп м, перва  из которых об-, разована последовательным-согласным соединением первичной 4 и первой дополнительной 5 обмоток трансформатора 6, втора  - последовательШ1м-встречным соединением второй 7 и третьей 8 дополнительных обмоток. Вторична  обмотка 9 этого трансформатора подключена к входу низковольтного выпр мител  10, выход которого соединен с зажимами сварочной дапи 11, в разрыв которой введен датчик тока 12, его выход соединен с одним входом первой схемы сравнени  13, к другому входу которой подключен источник опорного напр жени  14

Выход первой схемы сравнени  13 соединен с первым входом задающего генератора 15, второй его вход через последовательно включенную линию задержки 16 соединен с выходом второй схемы сравнени  17, первый вход которой соединен с выходом датчика тока; второй - с источником опорного напр жени  через делитель напр жени  18. .

Выход задающего генератора через последовательно соединенные делитель настоты 19 и формирователь (например двухканальный) импульсов 20 соединен с управл ющими цеп ми тиристоров инвертора 3, -Сварочна  цепь 11 содержит электрод 21 и изделие 22.

Уст.ройство работает следующим образом .

Напр жение, на концах дополнительных обмоток 5 и 8 представл ют собой алгебраические суммы ЭДС, наведенной намагничивающей составл ющей тока первичной обмотки и падени  напр жени  от токов обмоток 4 и 7, т.е. нагрузочных токов в полных сопротивлени х обморок 5 и 8, причем в обмотке 5 эти величины суммируютс , а в обмотке 8 вычитаютс . При за мыкании электрода 21 на изделие 22 и при горении дуги в сварочной цепи 11 по вл етс  ток, а падени  напр жени  преобладают над наведенными составл ющими ЭДС обмоток 5. и 8, так как последние расположены поверх всех прочих обмоток трайсфррматора и имеют малое, по сравнению с первичной обмоткой , число витков (2-3%) и, следовательно , слабую св зь с первичной обмоткой.

Claims (1)

1. Если первична  4 и вторична  дополнительна  7 обмотки идентичны по электрическим и геометрическим характеристикам (например намотаны двум  параллельными одинаковыми проводниками ), то и токи даух параллельных цепей, образованных обмотками 5, 4 и If 8 еоответственно, практически оди наковы, поскольку разность напр жений на Ьбмотк ах 5 и 8 пренебрежительно мала по сравнению с напр жением на одной из обмоток 4 или 7. Сумма этих токов  вл етс  током нагрузки инвертораV В этих режимах трансформатор пред лагаемого устройства идентичен по своим электрическим параметрам двух обмоточному трансформатору с замкну тым магнитопроводом, отлича сь лишь констр|укцией первичной обмотки При отсутствии тока сварочной цепи составл ющие напр жений на концах обмоток 5 и 8, вызванные нагрузочным током, станов тс  равными нулю. В то же врем  наведенные составл ющие возрастают количественно , так как экранирующее действие вторичной обмотки 9 на расположенные поверх нее обмотки 5 и В устраи ютс  при отсутствии тока этой обмотки . В таком режиме, при сохранении услови  идентичности обмоток 4 и 7, их токи нельз  считать одинаковыми, так как в замкнутой цепи, образован ной последовательным . соединением о моток 4, 5 8 и 7; действует ЭДС ра на  арифметической сумме напр жений обмоток 5 и 8. Ток, протекающий в указанной цепи, создает потери мощ ности в трансформаторе, а энерги , обеспечивающа  этот процесс, поступает от инвертора в виде уравнитель ного тока обмоток трансформатора,   л ю1чегос  одновременно током нагруз ки инвертора. Данный режим аналогичем режиму двухобмоточного трансформатора вто рична  обмотка которого замкнута на некоторое сопротивление, имеет число витков, равное сумме чисел ви ков обмоток 5 и В, сопротивление на грузки ее равно сумме сопротивлений обмоток 4, 5,7 и В трансформатора предлагаемого устройства. Регулирование мощности, подводимой к сварочной цепи, производитс  путем изменени  рабочей частоты ин вертора, котора  определ етс  задакадим генератором, системы управле ..ни . . - . ;. Задакндай генератор 15 представл  ет собой управл емый преобразовател напр жени  в частоту пр моугольных импульсов и имеет два входа. При положительном потейциале на. втором входе задающего генератора 15 частота следовани  импульсов на его выходе пр мо пропорциональна напр жению на первом входе задающего генератора 15. Если потенциал на ВТОром входе отрицателен, частота следовани  выходных импульсов уменьшаетс  до защанного минимального значени , .не завис щего от сигнала на первом входе Зсщающего генератора 15. Делитель частоты 19 распредел ет выходные импульсы задающего генератора 15 на два канала по числу тиристоров инвертора. Формирователь 20 измен ет электрические параметры выходных импульсов делител  частоты с целью согласовани  их с параметрами управл ющих цепей тиристоров. Если источник питани  предназначен дл  ручной сварки, система управлени  работает в режиме форгшровани  крутопадающей внешней статической характеристики, а сам источник  вл етс  стабилизатором тока сварочной цепи. При включении источника в цеть, когда электрод 21 не касаетс  издели  22, выходной сигнал датчика тока 12 равен нулю.х Этот сигнал действует на первом ( инвертирующем) входе первой схемы сравнени  13, на втором входе которой напр жение равно опорному. На выходе первой схемы сравнени  и на первснл входе задающезго генератора 15 действует напр жение, соответствующее максимальной частоте. Однако частота следовани  выходных импульсов задающего генератора 15 минимальна, так как на втором его входе действует отрицательный потенциал , формируемый второй схемой сравнени  17 и передаваемой через линию задержки 16, так как к первому {неинвертирующему ) входу схемы сравнени  14 приложен нулевой потенциал-, к второму ее входу - положительный потенциал источника опорного напр жени , прошедший через делитель напр жени  18. Источник работает в режиме холостого хода сварочной цепи при минимальной частоте инвертора. При замыкании электрода на изде- лие в сварочной цепи по вл етс  ток. Когда последний достигает заданного минимального з начени , например равного 0,1 номин альнрго: сварочного тока , на. выходе второй схемы сравнени  по вл етс  положительный потенциал. Через интервал времени, определ емый линией, задержки 16, этот потенциал передаетс  на второй вход задающего генератора 15 и разрешает его функционирование в режилю пре- образовател  напр жение - частота, а в целом источник питани  работает в режиме стабилизатора сварочного тока. При обрыве дуги рабочс1Я частота инвертора возрастает и достигает заданного максимального значени , так как сигнал на выходе первой схемы сравнени  максимален, а прохождение отрицательного потенциала выхода второй схемы сравнени  задерживаетс  на интервал времени, определ емый линией задержки 16. Если в течение этого интервала сварочна  цеп восстановитс , стабилизаци  тока продолжитс , в противном случае по истечении времени задержки под действием выходного сигнала схемы сравнени  17 частота инвертора уста новитс  на минимальном значении. Таким образом, повышение КПД в предлагаемом устройстве достигаетс  за счет того, чти трансформатор дан ной конструкции в нормальном режиме сварки эквивалентен двухобмоточному трансформатору с малыми потер ми, т.е. имеет достаточно большую индук тивность первичной обмотки и  вл ет с  единственной нагрузкой инвертора В режиме холостого хода со сторо ны сварочной цепи нагрузкой инверто ра  вл етс  уравнительный ток транс форматора, в обмотках последнего пр номинальной частоте-выдел етс  значительна  мощность, соизмерима  с номинальной мощностью Нагрузки, а КПД .устройства равен нулю. Такой режим, однако,практически не вли ет на средний КПД устройства поскольку, благодар  введению элементов 16 и 17 и св зей между ними и прочими элементами системы управлени , он имеет весьма малую относи тельную продолжительность составл  ющую не более 10 в результате чего средний КПД оказываетс  больше КПД известного устройства на 6-7%. Кроме повышени  КПД, предлагаемое устройство позвол ет увеличить надежность источников питани  дл  дуговой сварки, что св защ) с оггсутствием элементов, образующих цепь сброса энергии в источний посто нного напр жени , и увеличением скорости вывода энергии из первичной обмотки трансформатора. В предлагаемом устройстве эта энерги  не выводитс  из трансформатора, а переводитс  в последнем из электрической в тепловую , причем, благодар  идентичности обмоток 4, 7 и 5 и 8, соответственно скорость рассеивани  энергии всегда достаточна дл  формировани  переходного процесса без перенапр жений. Отсутствие статических и динамических перенапр жений (ограничение напр жени  холостого хода), в свою очередь, гарантирует безопасность эксплуатации такого источника. Предлагаемое устройство имеет хорошие массо-габаритные показатели, поскольку затраты материалов на изготовление трансформатора примерно такие же как и на изготовление двухобмоточного, так как за счет параллельного включени  обмоток 4 и 7 сечение провода этих обмоток может быть в два раза меньше, чем провода первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, а обмотки 5 и. 8 имеют весьма малое число витков (как правило один)у Таким образом, преимуществами предлагаемого источника по сравнению с известным  вл ютс : повьп ение КПД на 6-7%; повышение надежности и безопасности персонала, так как выход на холостой ход происходит без. перенапр жени  на элементах схемы (в схеме известного устройства перенапр жени  приводили к частым ложным срабатывани м тиристоров и к опрюкидыванию инвертора; снижение массы и габаритов на 15-20% с учетом снижени  потерь в обмотках в рабочих режимэх (увеличение потерь на холостом ходе не принципиально, так какхолостой ход практически отсутствует - его длительность не более 10-30 с). При освоении серийного производства предлагаемого устройства взамен серийного сварочного выпр мител  экономический эффект составит 424 руб. на одно изделие. Формула изобретени  Источник питани  дл  дуговой , сварки, содержащий высоковольтный выпр митель, подключенный к вводным клеммам сети переменного тока, последовательно соединенные фильтр, инвертор , трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки и низковольтный выпр митель, при этом выход последнего подключен к выходу источника, а выход высоковолитного выпр мител  подключен-к фильтру, первый -и второй входы первой схемы сравнени  соединены соответственно с датчика тока и источником опорного напр жени , выход первой схемы сравнени  через задающий генератор соединен с последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, выход которого соединен с тиристорами инвертора , отличающийс  тем, что, с целью экономии электроэнергии за счет повышени  КПД источника , в него введены лини  задержки, втора  схема сравнени  и делитель напр жени , а трансформатор выполнен с трем  дополнительньп ш обмотками , причем перва  и треть  дополнительные обмотки намотаны поверх остальных обмоток трансформатора, к выходным зажимс1М инвертора подключены две параллельные цепи, перва  из которых состоит из последовательносогласно соединенных первичной и первой дополнительной обмотки трансФорматора , а втора  - из последовательно-встречно соединенных второй и третьей дополнительной обмоток, выход датчика тока соединен с первым входом второй схемы сравнени .

   9 99803710

   второй ее вход делитель напр -1. Патент Великобритании

   жени  соединен с источником опорно-d 1546211, Н 2 F,. опублик.23.05.79.

   го напр жени , выход второй схемы2. берфорд Б. Хофт Р. Теори  авсравнени  через линию Задержки со-тономных ин аерторов. М., Энерги ,

   единен с вторым входом задающего ге-1969, с. 71.

   нератор&. ., 3. Тиристо{%1. Под ред. В.А.ЛабунИсточники информации, цова. М., Энерги , 1971, с. 294,

   прин тые во внимание при экспертизерис. 11-206 (прототип).