инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки

Формула изобретения

ИНВЕРТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ, содержащий сетевой выпрямитель, инвертор со схемой управления, сварочный выпрямитель, один выход которого через дроссель соединен с первой выходной клеммой, источник опорного напряжения, подключенный первым выходом к пусковому устройству, элемент И, выходом соединенный со схемой управления инвертором, компаратор максимального тока, первый вход которого подключен к первому выходу пускового устройства, а выход - к первому входу элемента И, отличающийся тем, что в него введены измеритель сварочного тока, измеритель мощности, компараторы мощности, тока короткого замыкания, минимального тока, напряжения и минимального напряжения, элемент И выполнен пятивходовым, при этом инвертор соединен входом с сетевым выпрямителем, а выходом - со сварочным выпрямителем, другой выход которого через измеритель сварочного тока соединен с второй выходной клеммой, выход измерителя сварочного тока подключен к первым входам измерителя мощности, компаратора минимального тока, компаратора тока короткого замыкания и второму входу компаратора максимального тока, первая выходная клемма подключена к первым входам компаратора минимального напряжения, компаратора напряжения и второму входу измерителя мощности, выход которого подключен к первому входу компаратора мощности, второй и стробирующий входы которого подключены к второму и третьему выходам пускового устройства, четвертый выход которого соединен с вторым входом компаратора тока короткого замыкания, стробирующий вход которого соединен с выходом компаратора напряжения, а выход - с вторым входом элемента И, третий вход которого подсоединен к пятому выходу пускового устройства, четвертый вход - к выходу компаратора мощности, а пятый вход - к выходу компаратора минимального напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, а стробирующий вход - с выходом компаратора минимального тока, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, четвертый выход которого подключен к второму входу компаратора напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к силовой электронике и может быть использовано для питания установок для электродуговой сварки постоянным током.

Известен стабилизированный источник питания сварочного тока, имеющий повышенную точность стабилизации сварочного тока, но не обеспечивает оптимального регулирования напряжения холостого хода, тока к.з., выходной мощности, что ухудшает качество сварных соединений.

Известен инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки, содержащий сетевой выпрямитель, инвертор со схемой управления, сварочный выпрямитель, один выход которого через дроссель соединен с выходной клеммой, источник опорного напряжения, пусковое устройство, элемент И, выходом соединенный со схемой управления инвертором, компаратор максимального тока, выход которого соединен с входом элемента И. Источник имеет высокий КПД и надежность. Однако при использовании источника качество сварных соединений недостаточно из-за невысокой точности стабилизации сварочного тока при изменении напряжения дуги, значительной величины напряжения холостого хода, из-за отсутствия регулирования величины тока к.з.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений.

На чертеже представлен инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки.

Он содержит сетевой выпрямитель 1, инвертор 2, сварочный выпрямитель 3, дроссель 4, измеритель 5 сварочного тока, схему управления инвертором 6, компаратор 7 минимального напряжения, компаратор 8 напряжения, компаратор 9 мощности, компаратор 10 максимального тока, компаратор 11 минимального тока, компаратор 12 тока к.з., измеритель 13 мощности, источник 14 опорного напряжения, пусковое устройство 15, элемент И 16, выходные клеммы 17 и 18.

Инвертор 2 соединен входом с сетевым выпрямителем 1, а выходом - со сварочным выпрямителем 3, один выход которого через дроссель 4 соединен с первой выходной клеммой 17, а другой выход - через измеритель 5 сварочного тока - со второй выходной клеммой 18. Выход измерителя сварочного тока подключен к первым входам измерителя 13 мощности, компаратора 11 минимального тока, компаратора 12 тока к.з. и второму входу компаратора 10 максимального тока.

Первая выходная клемма 17 подключена к первым входам компаратора минимального напряжения, компаратора 8 напряжения и второму входу измерителя 13 мощности, выход которого подключен к первому входу компаратора 9 мощности, второй и стробирующий входы которого подключены к второму и третьему выходам пускового устройства 15. Вход последнего подключен к первому выходу источника 14 опорного напряжения , четвертый выход пускового устройства соединен с вторым входом компаратора 12 тока короткого замыкания, стробирующий вход которого соединен с выходом компаратора 8 напряжения, а выход - с вторым входом элемента И, первый вход которого соединен с выходом компаратора 10 максимального тока, первый вход которого подключен к первому выходу пускового устройства. Третий вход элемента И 16 подсоединен к пятому выходу пускового устройства 15, четвертый вход - к выходу компаратора 9 мощности, а пятый вход - к выходу компаратора 7 минимального напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом источника 14 опорного напряжения, а стробирующий вход - с выходом компаратора 11 минимального тока, второй вход которого соединен с третьим выходом источника 14 опорного напряжения, четвертый вход которого подключен к второму компаратору 8 напряжения, а выход схемы И 16 соединен со схемой управления инвертором 6.

Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки работает следующим образом.

После подачи питающего напряжения на всех входах элемента И 16, кроме третьего, присутствуют разрешающие сигналы логической "1". Пусковое устройство 15 формирует на пятом выходе разрешающий сигнал логической "1", поступающий на третий вход элемента И 16. На выходе элемента И 16 формируется разрешающий сигнал логической "1", который поступает на вход схемы управления инвертором 6.

Инвертор 2 включается и преобразовывает постоянное напряжение сетевого выпрямителя 1 в переменное напряжение, которое выпрямляется сварочным выпрямителем 3, осуществляющим также функцию фильтрации напряжения. Если электрод оторван от свариваемых деталей, то на выходных клеммах 17, 18 формируется постоянное напряжение. Источник работает на холостом ходе.

Постоянное напряжение поступает на первый вход компаратора 7 минимального напряжения. Если напряжение на выходных клеммах 17, 18 превышает значение напряжения на втором входе компаратора 7 минимального напряжения, то на его выходе формируется сигнал логического 0, на выходе элемента И 16 - сигнал логического "0", инвертор 2 выключается.

При уменьшении напряжения на выходных клеммах 17, 18 инвертор 2 снова включается. Таким образом, в режиме холостого хода на выходных клеммах 17, 18 поддерживается постоянное напряжение, величина которого определяется значением напряжения, задаваемым источником опорного напряжения 14. Значение постоянного напряжения на выходных клеммах 17, 18 задается такого уровня, чтобы свести к минимуму разбрызгивание металла при последующем касании электродом свариваемых деталей.

При касании электродом свариваемых деталей начинает течь ток к.з. от сварочного выпрямителя 3 через дроссель 4, выходные клеммы 17, 18, электрод, свариваемые детали, измеритель сварочного тока, который на выходе формирует напряжение, пропорциональное сварочному току, поступающее на первые входы компаратора 11 минимального тока и компаратора 12 тока к.з.

Напряжение на выходных клеммах 17, 18 уменьшается и компаратор напряжения 8 формирует сигнал, поступающий на стробирующий вход компаратора тока к. з. и разрешающий работу компаратора тока к.з. в режиме сравнения напряжений на его входах. Компаратор тока к.з. формирует сигнал логического "0", если величина тока больше задаваемого пусковым устройством 15 напряжения на втором входе компаратора тока к.з. Если величина тока меньше, то компаратор формирует сигнал логической "1".

Изменение сигнала на выходе компаратора тока к.з. позволяет стабилизировать ток к.з. на задаваемом уровне с помощью включения и отключения инвертора 2. В этом режиме компаратор 7 минимального напряжения постоянно формирует сигнал логической "1", так как компаратор 11 минимального тока при протекании сварочного тока срабатывает и сигнал с его выхода поступает на стробирующий вход компаратора 7 минимального напряжения.

При отрыве электрода от свариваемых деталей зажигается дуга. Надежное зажигание дуги обеспечивает дроссель 4, напряжение которого увеличивается при отрыве электрода. При горении дуги напряжение на выходных клеммах 17, 18 повышается, что вызывает срабатывание компаратора 8 напряжения. Сигнал с выхода последнего поступает на стробирующий вход компаратора 12, который формирует на своем выходе сигнал логической "1" независимо от соотношения напряжений на входах.

Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки переводится в режим стабилизации мощности на выходных клеммах 17, 18. Этот режим обеспечивается следующим образом. На второй вход измерителя мощности 13 поступает напряжение дуги (напряжение на выходных клеммах 17, 18), на первый вход напряжение, пропорциональное сварочному току. На выходе измерителя мощности 13 формируется напряжение, пропорциональное мощности, выделяемой в зазоре между электродом и свариваемыми деталями. Это напряжение поступает на первый вход компаратора мощности 9, на втором входе которого присутствует напряжение от второго выхода пускового устройства 15. Напряжение на втором выходе пускового устройства 15 является функцией от времени, толщины свариваемых деталей, температуры окружающей среды, марки флюса, защитного газа и др. параметров. Компаратор 9 мощности сравнивает напряжения на первом и втором входах и формирует сигнал логической "1" или логического "0". Инвертор 2, включаясь и выключаясь по этим сигналам, преобразовывает электрическую энергию на выходных клеммах 17, 18 таким образом, что величина мощности поддерживается на уровне, задаваемым пусковым устройством 15.

Инверторный источник постоянного тока для дуговой сварки может работать и в режиме регулирования сварочного тока. Для реализации этого режима пусковое устройство 15 формирует на третьем выходе сигнал, поступающий на стробирующий вход компаратора 9 мощности, на выходе которого формируется сигнал логической "1" независимо от соотношения напряжений на его входах. На выходе компаратора 10 максимального тока в зависимости от соотношения напряжений на входах формируется попеременно сигналы логических "0" или "1". Инвертор 2, включаясь и выключаясь по этим сигналам, генерирует на выходных клеммах 17, 18 сварочный ток, величина которого задается напряжением, формируемым пусковым устройством 15 на первом выходе.

Инверторный источник питания постоянного тока для дуговой сварки позволяет улучшить качество сварных соединений за счет оптимального регулирования напряжения холостого хода, тока короткого замыкания, мощности. Область применения инверторного источника питания постоянного тока для дуговой сварки - питание сварочных установок для электродуговой сварки.