инверторный источник питания для электродуговой сварки

Формула изобретения

Инверторный источник питания для электродуговой сварки, содержащий две параллельные ветви, каждая из которых включает два последовательно включенных тиристора, причем питающее напряжение подводится в диагональ, образованную точками соединения анодов и катодов параллельных ветвей, коммутирующий конденсатор и выходной понижающий трансформатор, отличающийся тем, что каждая ветвь содержит два последовательно соединенных тиристора, каждая полуобмотка включена в анодную цепь тиристоров, а коммутирующий конденсатор включен между точками соединения анодов и катодов тиристоров параллельных ветвей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическому оборудованию, используемому для дуговой сварки, в частности к малогабаритным источникам питания.

Известен полумостовой симметричный инвертор последовательного типа, применяемый для сварки (см. Автоматическая сварка, 1982, N 7, с.29.рис.1в).

Недостатком этого типа инверторов является прохождение всей энергии, подводимой в зону сварки, через конденсаторы плеч полумоста, что существенно ухудшает энергетические показатели. Кроме того, в связи с тем, что величина сварочного тока регулируется изменением частоты инвертора, регулировочные возможности ограничены, т.к. на малых токах увеличиваются пульсации и ухудшается горение дуги.

Известен мостовой симметричный инвертор последовательного типа (см. тот же источник, рис. 1 г).

Недостатками такого инвертора, как и описанного выше, являются передача энергии в зону дуги через конденсатор, ограниченные регулировочные возможности, т. к. регулирование тока осуществляется изменением частоты инвертора, а также ухудшение устойчивости горения дуги на малых токах вследствие увеличения пульсаций тока.

Известен инверторный источник питания для электродуговой сварки, содержащий две параллельные ветви, каждая из которых содержит тиристор и полуобмотку понижающего трансформатора. Между анодами тиристоров включен конденсатор (источник тот же, рис 1.д).

Описанный источник принят за прототип при составлении настоящей заявки.

Недостатком прототипа является ограниченная возможность регулирования сварочного тока.

Задача изобретения - расширение возможности регулирования сварочного тока.

Дня решения этой задачи в инверторном источнике питания для электродуговой сварки, содержащем две параллельные ветви, каждая из которых включает два последовательно включенных тиристора, причем питающее напряжение подводится в диагональ, образованную точками соединения анодов и катодов параллельных ветвей, коммутирующий конденсатор и выходной понижающий трансформатор, первичная обмотка последнего включена со средней точкой, причем каждая полуобмотка включена в анодную цепь тиристоров, а коммутирующий конденсатор включен между точками соединения анодов и катодов тиристоров параллельных ветвей.

Заявленный источник характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков:

а) каждая ветвь содержит по два последовательно включенных тиристора;

б) каждая полуобмотка трансформатора включена в анодную цепь тиристоров;

в) катоды верхних тиристоров не имеют общей точки;

г) коммутирующий конденсатор включен между точками соединения анодов и катодов тиристоров параллельных ветвей.

Проведенные исследования по патентной и научно-технической литературе позволили выявить ряд технических решений аналогичного назначения, однако признаки "а...г" в них не обнаружены.

Следовательно, предлагаемое устройство отвечает критериям "новизна" и "технический уровень".

Испытание опытного образца дает право утверждать о работоспособности и промышленной применяемости заявляемого инверторного источника питания.

На чертежах представлены:

фиг. 1 - принципиальная электрическая схема инверторного источника питания для электродуговой сварки:

фиг. 2 - график работы силовых тиристоров в дежурном (холостом) режиме;

фиг. 3 - график работы силовых тиристоров в режиме широтно-импульсной модуляции;

фиг. 4 - график работы силовых тиристоров в режиме с комбинированным импульсным управлением.

Обозначения, применяемые на чертежах-графиках, и их расшифровка:

I₁ - ток тиристора N3;

I₂ - ток тиристора N4;

I₃ - ток тиристора N5;

I₄ - ток тиристора N6;

U_c - напряжение на коммутирующем конденсаторе;

t_им - время импульса;

t_п - время паузы;

T - период работы;

Инверторный источник питания для электродуговой сварки содержит две параллельные ветви 1 и 2, каждая из которых включает два последовательно соединенных тиристора 3, 4 и 5, 6 соответственно. Питающее напряжение подается в диагональ, причем (+) подается на первичные полуобмотки 7 и 12 трансформатора 9, а (-) - на катоды тиристоров 4 и 6. Между точками соединения анодов и катодов тиристоров 3, 4 и 5, 6 (соответственно) параллельных ветвей включен коммутирующий конденсатор 10. Вторичная обмотка трансформатора 9 состоит из полуобмоток 11 и 8, причем полуобмотки 11 и 8 через выпрямительные диоды 13, 14 и сглаживающий дроссель 15 соединены с электродом 16, с одной стороны, и с изделием 17, с другой стороны.

Инверторный источник питания работает следующим образом.

В режиме холостого хода (фиг. 2) управляющие импульсы подаются поочередно, одновременно на два тиристора 3, 6 или 4, 5, при этом конденсатор 10 резонансно заряжается по цепям: (+) источника (на чертеже не показан), полуобмотка 7 трансформатора 9, тиристор 3, конденсатор 10, тиристор 6, (-) источника; (+) источника, полуобмотка 12 трансформатора 9, тиристор 5, конденсатор 10, тиристор 4, (-) источника. Благодаря резонансному контуру, образованному полуобмотками 7, 12 и конденсатором 10, за несколько циклов конденсатор 10 заряжается до напряжения, необходимого для нормальной работы инвертора, и с минимальной частотой работает в режиме холостого хода.

В режиме горения сварочной дуги возможны следующие режимы работы инвертора.

1. Режим работы, аналогичный режиму холостого хода, но со значительно большей частотой, обеспечивающей непрерывное горение дуги. Этому режиму свойственны все недостатки, которые присущи аналогам и прототипу, описанным выше.

2. Режим с широтно-импульсным управлением величиной сварочного тока. При этом предварительно в режиме холостого хода, за несколько циклов, конденсатор 10 заряжается до напряжения, необходимого для нормальной работы инвертора, т. е. отключения тока нагрузки, проходящего через тиристоры 4, 6 инвертора. В режиме нагрузки при (+) на левой обкладке конденсатора 10 управляющие импульсы подаются тиристоры 5 и 6, которые отпираются. В результате ток начинает протекать по цепи, (+) источника питания, полуобмотка 12 трансформатора 9, тиристоры 5 и 6, (-) источника. Со второй полуобмотки 8 трансформатора ток поступает в нагрузку. Длительность протекания тока определяется схемой управления, причем при максимальной длительности протекания тока сердечник трансформатора 9 не входит в насыщение. Для прекращения протекания тока в нагрузке управляющий импульс подается на тиристор 4, напряжение конденсатора 10 оказывается приложенным в обратном направлении к тиристору 6, в результате чего ток, протекавший через него, начинает протекать через тиристор 4, а конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: (+) источника, полуобмотка 12, тиристор 5, конденсатор 10, тиристор 4, (-) источника. Пока напряжение конденсатора 10 приложено к тиристору 6 в обратном направлении в нем происходит процесс восстановления запирающей способности и он запирается. По окончании процесса перезарядки конденсатора 10, напряжение на его обкладках сменит полярность и на правой обкладке будет (+). После прекращения протекания тока тиристор 5 также восстановит запирающую способность.

В следующем такте управляющие импульсы поступают на тиристоры 3 и 4, в результате чего они отпираются и ток протекает по цепи: (+) источника, полуобмотка 7 трансформатора 9, тиристоры 3 и 4, (-) источника. Со вторичной обмотки 11 ток поступает в нагрузку. Затем для прекращения протекания тока в нагрузке, управляющий импульс поступает на тиристор 6, при отпирании тиристора 6, напряжение заряженного конденсатора 10 прикладывается в обратном направлении к тиристору 4, в результате чего ток, протекавший через него, протекает через тиристор 6 и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: (+) источника, полуобмотка 7 трансформатора 9, тиристор 3, конденсатор 10, тиристор 6, (-) источника. Пока напряжение конденсатора 10 приложено в обратном направлении к тиристору 4, в нем происходит процесс восстановления запирающей способности в прямом направлении. После окончания процесса перезаряда тиристор 3 запирается, а напряжение конденсатора 10 сменит полярность и на левой обкладке будет (+). Затем управляющие импульсы поступают на тиристоры 5 и 6 и процесс повторяется.

Предложенный источник питания обеспечивает широтно-импульсную модуляцию, при которой частота управляющих импульсов для по парного открывания тиристоров 3, 4 и 5, 6 постоянна, а изменяется параметрически или с помощью обратных связей время задержки подачи управляющих импульсов на тиристоры 4 и 6, что позволяет изменять длительность протекания тока в режиме нагрузки трансформатора за каждый полупериод и тем самым регулировать сварочный ток. Работа источника иллюстрируется эпюрами токов и напряжений.

Для нормальном работы источника необходимо, чтобы очередное включение последовательно соединенных тиристоров 3 и 4 происходило после отключения тиристоров 5 и 6 и наоборот, т. к. источник может работать лишь при этом условии. С уменьшением сварочного тока частота его пульсаций не уменьшается, что способствует устойчивости горения дуги.

Режим с комбинированным импульсным управлением.

В этом случае в режиме нагрузки, в отличие от предыдущего широтно-импульсного регулирования, частота поочередного отпирания последовательно включенных тиристоров 2, 4 и 5, 6 будет переменой и задаваться параметрически, но управляющие должны поступать с задержкой по отношению к управляющим импульсам на тиристоры 4 и 6. Эта задержка определяет длительность паузы в протекании тока в полуобмотках 2 и 12.

Таким образом, увеличение частоты следования управляющих импульсов, поступающих поочередно на пары тиристоров 3, 4 и 5, 6, приводит к уменьшению длительности импульсов тока в полуобмотках 7 и 12, т. к. длительность паузы не меняется. Поэтому с увеличением частоты ток будет снижаться. Такой способ регулирования обеспечивает стабильное горение дуги и расширяет регулировочные возможности инвертора.