UA115200C2

UA115200C2 - ARRANGEMENTS FOR ARCH STABILIZATION

Info

Publication number: UA115200C2
Application number: UAA201608174A
Authority: UA
Inventors: Володимир Володимирович Бурлака; Сергій Володимирович Гулаков
Original assignee: Державний Вищий Навчальний Заклад "Приазовський Державний Технічний Університет"
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2017-09-25

Abstract

Винахід належить до зварювального виробництва і може бути використаний для обладнання зварювальних джерел живлення постійного і змінного струму. Пристрій стабілізації дуги включається між джерелом живлення дуги та зварювальним електродом і містить дросель з основною і додатковою обмотками, два конденсатори, діодний міст, ключі, три виводи, перший та другий виводи призначені для підключення до джерела живлення дуги, третій - до зварювального електрода. Основна обмотка дроселя включена між першим та третім виводами пристрою, ключі з'єднані послідовно, їх крайні виводи підключені до виводів другого конденсатора, середня точка з'єднання ключів підключена до першого виводу додаткової обмотки дроселя. Другий вивід цієї обмотки підключено через конденсатор до одного з виводів другого конденсатора, виводи якого підключені до виводів постійного струму діодного моста, а його виводи змінного струму підключені до першого та другого виводів пристрою. Застосування запропонованого пристрою стабілізації дуги дозволяє підвищити стабільність якості зварних з'єднань, підвищити стійкість неплавкого електрода (при TIG зварюванні) і полегшити процес початкового ініціювання дуги при ручному дуговому зварюванні, особливо при використанні зварювальних електродів постійного струму.The invention relates to welding production and can be used for equipment of welding power supplies of direct and alternating current. The arc stabilizer is switched between the power source of the arc and the welding electrode and contains a throttle with main and auxiliary windings, two capacitors, a diode bridge, switches, three pins, the first and second pins are intended to be connected to the power supply of the arc, the third - to the welding electrode. The main winding of the throttle is switched on between the first and third pins of the device, the keys are connected in series, their extreme pins are connected to the pins of the second capacitor, the middle point of the key connection is connected to the first pin of the additional winding of the choke. The second terminal of this winding is connected via a capacitor to one of the pins of the second capacitor, the pins of which are connected to the pins of the diode bridge, and its pins are connected to the first and second pins of the device. The use of the proposed arc stabilizer allows to increase the stability of the quality of welded joints, to increase the stability of the non-fusible electrode (when TIG welding) and to facilitate the process of initial arc initiation during manual arc welding, especially when using DC welding electrodes.

Description

Винахід належить до зварювального виробництва і може бути використаний для обладнання зварювальних джерел живлення постійного і змінного струму.The invention belongs to the welding industry and can be used for the equipment of welding power sources of direct and alternating current.

При ручному дуговому зварюванні покритим електродом (ММА -Мапиа! Мезаї! Агс), а також зварюванні в середовищі інертного газу (МІС-Меїаї! Іпейї Сав), в т.ч. неплавким електродом (ТІС-During manual arc welding with a covered electrode (MMA - Mapia! Mezai! Ags), as well as welding in an inert gas environment (MIS-Meiai! Ipeyi Sav), incl. non-fusible electrode (TIS-

Типодзієп Іпегі Сав), постає необхідність, по-перше, полегшити ініціювання дугового розряду, по- друге, стабілізувати процес горіння дуги. При живленні від джерела змінного струму повторне збудження дуги має відбуватися після кожного переходу напруги джерела через нуль. Крім того, при ТІ; зварюванні бажано обмежити енергію, яка виділяється при пробої дугового проміжку, тому що при завищеній енергії розряду має місце ерозія неплавкого електрода, що скорочує його строк служби. Тому актуальною є задача створення пристрою стабілізації дуги, який реалізує збудження дуги при мінімально необхідній енергії розряду і забезпечує стабільне горіння дуги в процесі зварювання.Tipodziep Ipegi Sav), there is a need, firstly, to facilitate the initiation of the arc discharge, and secondly, to stabilize the arc burning process. When powered from an alternating current source, re-excitation of the arc must occur after each transition of the source voltage through zero. In addition, with TI; during welding, it is desirable to limit the energy released during the breakdown of the arc gap, because with an overestimated discharge energy, erosion of the non-fusible electrode takes place, which shortens its service life. Therefore, the task of creating an arc stabilization device that implements arc excitation at the minimum required discharge energy and ensures stable arc burning during welding is urgent.

Відомий пристрій стабілізації дуги, що містить вхідний фільтр, підвищуючий низькочастотний трансформатор, іскровий генератор з розрядником і високочастотним трансформатором, вторинна обмотка якого включена паралельно з дуговим проміжком, блок захисту джерела живлення (Источники питания для дуговой сварки / Солодский С.А., Брунов О.Г., ИльященкоA well-known arc stabilization device containing an input filter, a step-up low-frequency transformer, a spark generator with an arrester and a high-frequency transformer, the secondary winding of which is connected in parallel with the arc gap, a power source protection unit (Power sources for arc welding / Solodsky S.A., Brunov O .G., Ilyashchenko

Д.П. // Томск: изд-во Томского политехнического университета, 2012.-рис. 69, С. 1501.D.P. // Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University, 2012.-fig. 69, p. 1501.

Схема дозволяє сформувати високовольтні імпульси на дуговому проміжку і забезпечити підпалення дуги.The scheme allows you to generate high-voltage pulses on the arc gap and ensure arc ignition.

До недоліків такого технічного рішення слід віднести великі габарити і масу трансформаторів, складність керування енергією імпульсів, широкий спектр генерованих електромагнітних завад, невеликий строк служби розрядника і необхідність його періодичної заміни.The disadvantages of such a technical solution include the large dimensions and mass of transformers, the complexity of controlling the energy of pulses, a wide range of generated electromagnetic interference, the short service life of the arrester and the need for its periodic replacement.

Відомий пристрій стабілізації дуги (Источники питания для дуговой сварки / Солодский С.А.,A well-known arc stabilization device (Power sources for arc welding / S.A. Solodsky,

Брунов О.Г., Ильященко Д.П. // Томск: изд-во Томского политехнического университета, 2012. - рис. 70, б. 151), що містить вхідний фільтр, підвищуючий низькочастотний трансформатор, іскровий генератор з розрядником і дроселем, включеним послідовно з дуговим проміжком, схему захисту джерела живлення від перенапруги.Brunov O.G., Ilyashchenko D.P. // Tomsk: publishing house of Tomsk Polytechnic University, 2012. - fig. 70, b. 151), containing an input filter, a step-up low-frequency transformer, a spark generator with a discharger and a choke connected in series with an arc gap, a circuit for protecting the power source from overvoltage.

Пристрій має кращі масогабаритні та техніко-економічні характеристики, ніж наведенийThe device has better weight, size and technical and economic characteristics than the one given

Зо вище. Проте йому властиві ті ж згадані вище недоліки.From above. However, it has the same disadvantages mentioned above.

Відомий пристрій стабілізації дуги (Пристрій для збудження та стабілізації процесу горіння дуги змінного струму / Махлін Н.М., Коротинський О.Є., Скопюк М.І. // Патент України Мо 109334,A well-known arc stabilization device (Device for excitation and stabilization of the AC arc burning process / N.M. Makhlin, O.E. Korotynskyi, M.I. Skopyuk // Patent of Ukraine Mo 109334,

МПК вВ2ЗК 9/067 (2006.01), В2ЗК 9/073 (2006.01). - Мо а 2014 00292, заявл. 14.01.2014, опубл. 10.08.2015. - бюл. Мо 15. - 15 с|, що містить дросель з основною і додатковою обмотками, конденсатор, ключі, основна обмотка дроселя включається між одним з виходів джерела живлення дуги та зварювальним електродом - прототип.IPC vV2ZK 9/067 (2006.01), V2ZK 9/073 (2006.01). - Mo a 2014 00292, application 14.01.2014, publ. 10.08.2015. - Bull. Mo 15. - 15 s|, containing a choke with the main and additional windings, a capacitor, keys, the main winding of the choke is included between one of the outputs of the arc power source and the welding electrode - a prototype.

Схема відрізняється можливістю регулювати енергію збудження дуги за рахунок зміни напруги живлення резонансних ланцюгів.The circuit is distinguished by the ability to adjust the arc excitation energy by changing the supply voltage of resonant circuits.

Недоліками схеми є необхідність використання додаткового регульованого джерела підвищеної напруги постійного струму у складі пристрою стабілізації дуги, наявність двох резонансних ланцюгів з відповідними схемами керування. Це призводить до ускладнення схеми, підвищення втрат енергії і погіршує споживчі якості пристрою.Disadvantages of the scheme are the need to use an additional adjustable source of increased direct current voltage as part of the arc stabilization device, the presence of two resonant circuits with appropriate control circuits. This leads to the complication of the scheme, increased energy losses and worsens the consumer quality of the device.

В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій стабілізації дуги, що дозволить знизити втрати енергії в ньому, підвищити стійкість неплавкого електрода при ТІС зварюванні за рахунок обмеження швидкості росту напруги на ньому і збудження дуги з мінімально необхідною для цього енергією, підвищити тривалість періоду підтримки підвищеної напруги на електроді при ручному дуговому зварюванні і полегшити процес ініціювання дуги, тим самим покращити споживчі якості пристрою і розширити його область застосування.The invention is based on the task of improving the arc stabilization device, which will reduce energy losses in it, increase the stability of the non-fusible electrode during TIS welding by limiting the rate of voltage growth on it and exciting the arc with the minimum energy required for this, increase the duration of the period of maintaining the increased voltage on electrode during manual arc welding and facilitate the arc initiation process, thereby improving the consumer qualities of the device and expanding its scope of application.

Для рішення поставленої задачі в пристрої стабілізації дуги, який містить дросель з основною і додатковою обмотками, конденсатор, ключі, три виводи, перший та другий виводи призначені для підключення до джерела живлення дуги, третій - до зварювального електрода, основна обмотка дроселя включена між першим та третім виводами пристрою, відповідно до винаходу, в пристрій додатково введені діодний міст і другий конденсатор, а ключі з'єднані послідовно, їх крайні виводи підключені до виводів другого конденсатора, середня точка з'єднання ключів підключена до першого виводу додаткової обмотки дроселя, другий вивід цієї обмотки підключено через конденсатор до одного з виводів другого конденсатора, виводи якого підключені до виводів постійного струму діодного моста, а його виводи змінного струму підключені до першого та другого виводів пристрою.To solve the problem in the arc stabilization device, which contains a choke with main and additional windings, a capacitor, keys, three terminals, the first and second terminals are intended for connection to the arc power source, the third - to the welding electrode, the main winding of the choke is included between the first and by the third terminals of the device, according to the invention, a diode bridge and a second capacitor are additionally introduced into the device, and the keys are connected in series, their extreme terminals are connected to the terminals of the second capacitor, the middle point of the connection of the keys is connected to the first terminal of the additional choke winding, the second terminal of this winding is connected through a capacitor to one of the terminals of the second capacitor, the terminals of which are connected to the DC terminals of the diode bridge, and its AC terminals are connected to the first and second terminals of the device.

Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями, на яких показані: 60 фіг. 1 - блок-схема пристрою стабілізації дуги;The proposed technical solution is explained by the drawings, which show: 60 fig. 1 - block diagram of the arc stabilization device;

фіг. 2 - електрична схема силової частини.fig. 2 - electrical diagram of the power unit.

Як приклад виконання пристрою стабілізації дуги приведений пристрій, який містить дросель з додатковою обмоткою 1 (ІІ, 12, фіг. 2), конденсатор 2 (СІ, фіг. 2), ключі 3(51, 52, фіг. 2), додатково введені діодний міст 4 (МО, фіг. 2) і другий конденсатор 5 (С2, фіг. 2).As an example of the implementation of the arc stabilization device, a device containing a choke with an additional winding 1 (II, 12, Fig. 2), capacitor 2 (SI, Fig. 2), keys 3 (51, 52, Fig. 2), additionally introduced diode bridge 4 (MO, Fig. 2) and the second capacitor 5 (C2, Fig. 2).

Пристрій працює в такий спосіб.The device works in the following way.

При ввімкненні джерела живлення конденсатор С1 заряджається через діодний міст МОЇ до напруги холостого ходу джерела.When the power source is turned on, the capacitor C1 is charged through the MOI diode bridge to the no-load voltage of the source.

В разі ручного дугового зварювання збудження дуги здійснюється після короткого замикання (КЗ) електрода на виріб (функція І їй-Агс). Система управління (на фіг. 2 умовно не показана) відстежує напругу на виході джерела. При КЗ напруга стає близькою до нуля. При відведенні електрода від виробу КЗ зникає, на виході джерела живлення з'являється напруга. В цей час починає роботу напівмостовий інвертор, складений ключами 51, 52. Він працює із скважністю 50 95 зі змінною частотою. Робота починається з максимальної частоти, яка значно перевищує резонансну частоту контуру 121 (фіг. 2). По мірі зниження вихідної частоти напівмостового інвертора росте струм контуру І 2С1 і напруга на дроселі І 1. Далі можливі два варіанти розвитку подій: 1) при певній напрузі на 1/1 відбувається ініціювання дуги. При цьому напруга на виході джерела живлення знижується до величини напруги на дуговому проміжку, система управління блокує роботу ключів 5І, 52. Так забезпечується "м'яке" підпалення дуги; 2) при досягненні необхідного (максимального) струму "накачки" контуру /2С1 зниження частоти зупиняється, система переходить в усталений режим. Для забезпечення безпечного користування пристроєм висока напруга на виході підтримується тільки впродовж заданої витримки часу, після чого робота ключів 5І, 52 блокується.In the case of manual arc welding, the arc is excited after a short circuit (short-circuit) of the electrode to the product (function I to it-Ags). The control system (not conventionally shown in Fig. 2) monitors the voltage at the output of the source. With a short circuit, the voltage becomes close to zero. When the electrode is removed from the product, the short circuit disappears, voltage appears at the output of the power source. At this time, the half-bridge inverter, composed of keys 51, 52, starts working. It works with a duty cycle of 50 95 with a variable frequency. The work begins with the maximum frequency, which is significantly higher than the resonance frequency of the circuit 121 (Fig. 2). As the output frequency of the half-bridge inverter decreases, the circuit current I 2C1 and the voltage at the choke I 1 increase. Further, two variants of the development of events are possible: 1) at a certain voltage at 1/1, arc initiation occurs. At the same time, the voltage at the output of the power source decreases to the value of the voltage at the arc gap, the control system blocks the operation of keys 5I, 52. This ensures "soft" ignition of the arc; 2) upon reaching the required (maximum) "pumping" current of the circuit /2C1, the frequency reduction stops, the system enters the steady state. To ensure safe use of the device, the high voltage at the output is maintained only during the specified time delay, after which the operation of keys 5I, 52 is blocked.

В разі ТІ зварювання робота системи аналогічна, відрізняються тільки параметри контуру 1201 (необхідно забезпечувати підвищену напругу у порівнянні з ручним дуговим зварюванням). Ініціювання дуги відбувається після кожного переходу напруги джерела живлення через нуль.In the case of TI welding, the operation of the system is similar, only the parameters of the circuit 1201 differ (it is necessary to provide increased voltage compared to manual arc welding). Arc initiation occurs after each transition of the power supply voltage through zero.

Елементи МОЇ, СІ також захищають вихід джерела живлення від потрапляння високої напруги з дроселя | 1.MOI, SI elements also protect the output of the power source from high voltage from the choke | 1.

Зо В прикладі практичної реалізації пристрою стабілізації дуги для ручного дугового зварювання ключі 5І, 52 виконано на МО5ЕЕТ транзисторах 5ТРІ9МЕ20, діодний міст МО1 типуЗ In the example of the practical implementation of the arc stabilization device for manual arc welding, keys 5I, 52 are made on MO5EET transistors 5TRI9ME20, MO1 type diode bridge

СВИТОМ, конденсатори СІ 0,1 мкФ х 1000 В, С2 220 мкФ х 160 В. Дросель намотано на осердіSVITOM, capacitors SI 0.1 μF x 1000 V, C2 220 μF x 160 V. The choke is wound on the core

ЕТО59/31/22 з немагнітним зазором 0,4 тт. І 1 має 14 витків, І 2-12 витків.ЕТО59/31/22 with a non-magnetic gap of 0.4 tt. I 1 has 14 turns, I 2-12 turns.

Формування керуючих імпульсів для транзисторів ключів 5І, 52 здійснюється за допомогою спеціалізованого драйвера ІН2109 від однокристального мікроконтролера АТТІММУ1ТЗА. Частота перемикання може змінюватися від 18,8 до 72 кГц. Резонансна частота контуру /2С1 становить понад 42 кГц.The formation of control pulses for the transistors of keys 5I, 52 is carried out with the help of a specialized driver IN2109 from a single-crystal microcontroller ATTIMMU1TZA. The switching frequency can vary from 18.8 to 72 kHz. The resonance frequency of the circuit /2C1 is more than 42 kHz.

Амплітуда напруги на електроді при роботі пристрою перевищує 300 В, що забезпечує легке підпалення дуги при ручному дуговому зварюванні. Витримка часу на ініціювання дуги встановлена близько 1,5 с.The voltage amplitude on the electrode when the device is operating exceeds 300 V, which ensures easy ignition of the arc during manual arc welding. The arc initiation time is set to about 1.5 s.

Застосування запропонованого пристрою стабілізації дуги дозволяє підвищити стабільність якості зварних з'єднань, підвищити стійкість неплавкого електрода (при ТІСї зварюванні) і полегшити процес початкового ініціювання дуги при ручному дуговому зварюванні, особливо при використанні зварювальних електродів постійного струму.The use of the proposed arc stabilization device makes it possible to increase the stability of the quality of welded joints, increase the stability of the non-fusible electrode (in TIS welding) and facilitate the process of initial initiation of the arc during manual arc welding, especially when using direct current welding electrodes.

Claims

FORMULATION OF THE INVENTION An arc stabilization device, which includes a choke with main and additional windings, a capacitor, keys, three terminals, and the first and second terminals are designed to be connected to the arc power source, and the third - to the welding electrode, while the main winding of the choke is included between the first and the third terminals of the device, which differs in that a diode bridge and a second capacitor are additionally introduced into the device, while the keys are connected in series, their extreme terminals are connected to the terminals of the second capacitor, and the middle point of the connection of the keys is connected to the first terminal of the additional winding choke, and the second terminal of this winding is connected through a capacitor to one of the terminals of the second capacitor, the terminals of which are connected to the DC terminals of the diode bridge, and its AC terminals are connected to the first and second terminals of the device.