Устройство и работа многофункционального сварочного зарядного устройства-инвертора

Использование: для электродуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, зарядки аккумуляторных батарей, как источник бесперебойного питания. Источник питания сварочной дуги содержит зарядное устройство (1) последовательно подключенное через выключатель (2) к аккумулятору (3), электродвигатель подачи сварочной проволоки (4), электромагнитный клапан (5) газового отсекателя, блок управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки (6), снабженный пусковым выключателем (7) и потенциометром (8) для регулировки скорости подачи сварочной проволоки. Сварочная цепь содержит последовательно соединенные коммутирующее устройство (9), балластное устройство (10), подключенное заземляющим кабелем (11) к свариваемому изделию (12), амперметр (13), сглаживающий дроссель (14) и силовую шину сварочной горелки (15). Зарядное устройство (1) снабжено дополнительными клеммами (16) для зарядки аккумуляторных батарей. К входным клеммам аккумулятора (3) подключен через выключатель (18) преобразователь поостоянного напряжения в переменное 17. Снижение потребляемой пиковой мощности до 100 Вт, повышение устойчивости горения сварочной дуги при снижении напряжения внешнего источника до 220 В (+15-50)%, за счет использования аккумулятора 3, расширение выполняемых функций. 2 н.п. ф. 1 илл.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к сварочному оборудованию и может быть использована в однофазных переносных или стационарных полуавтоматах электродуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, в качестве источника бесперебойного питания, а также для зарядки аккумуляторных батарей.

Известно устройство для электродуговой сварки плавящимся электродом, содержащее источник питания сварочной дуги, сварочную горелку с механизмом подачи сварочной проволоки, датчик тока и напряжения, подключенные к сварочной цепи, блок задания параметров, соединенный с механизмом подачи электродной проволоки и источником питания сварочной дуги, блок управления циклом сварки. (А.С. 1161304, кл. В23К 9/10, 1983) /1/.

В качестве источника питания для электродуговой сварки в однофазных и трехфазных сварочных полуавтоматах требуются мощные источники тока.

Для стабилизации параметров сварочной дуги и зарядки аккумуляторных батарей используются тиристорные преобразователи тока (RU 2259627 С2, 7МПК Н02М 3/335, публ. 2005.08.27) /2/. Известный стабилизатор тока содержит тиристорный регулирующий элемент в цепи первичной обмотки силового трансформатора, ко вторичной обмотке которого через датчик тока подключен силовой выпрямитель, фазоимпульсную схему управления, выполненную в виде микроэлектронного стабилизатора напряжения и компаратора, питание которых осуществляется через развязывающий диод, подключенный к положительному выводу мостового выпрямителя.

Включение и выключение устройства вызывает пиковые нагрузки, которые создают падение напряжения в сети, что приводит к снижению устойчивости горения сварочной дуги и ухудшению качества сварного шва.

В другом известном источнике питания для электродуговой сварки и для заряда аккумуляторных батарей включен тиристорный регулирующий элемент и упрощена электронная схема управления источником питания электродуговой сварки. Источник питания сварочного полуавтомата содержит согласующий трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети и вторичную силовую обмотку, мостовой выпрямитель, сглаживающий дроссель, одним выводом подключенный к выходу положительной полярности выпрямителя, а другим - к выходу устройства, датчик тока, вырабатывающий сигнал, пропорциональный выходному напряжению устройства, задатчик тока и напряжения, усилитель рассогласования тока и напряжения, генератор тактовых импульсов и схему импульсно-фазового управления (RU 2275995 С2, МПК В23К 9/00 Н01F 27/28, публ. 2006.05.100) /3/

Известный малогабаритный аппарат для сварки электрической дугой постоянного тока имеет источник питания сварочной дуги, содержащий входной выпрямительный блок, силовой преобразователь напряжения, состоящий из полупроводниковых ключей и силового трансформатора, выходные выпрямители и дроссель, устройство управления с управляющим трансформатором, дроссель, трансформатор тока, пороговое устройство (RU 2018424 С1, 5 МПК В23К 0/06, публ. 1994.08.30) /4/. Однако в процессе сварки при работе известного устройства возникает пиковая нагрузка на сеть от 2 кВт и выше, и, следовательно, для устойчивого горения сварочной дуги предъявляются высокие требования к питающей сети, которые не всегда достижимы в реальных условиях.

Наиболее близким техническим решением, совпадающим с заявляемой полезной моделью по назначению и большинству существенных признаков, является сварочный полуавтомат для однофазной и трехфазной сети питания

серии ПИТОН (Полуавтомат углекислотный сварочный ПИТОН ПДГ-12-1, 15-1, 18-1, 20-1, 20-3, 24-1 УЗ 220/380 В, Инструкция по эксплуатации. Изготовитель ООО Научно-производственное предприятие «Донэлектроприбор», г.Ростов-на-Дону, 2005 г.) /5/, принимаемый за прототип.

Сварочный полуавтомат - прототип содержит источник питания, имеющий силовой однофазный или трехфазный трансформатор с переключателем напряжения для настройки устойчивого горения сварочной дуги, подключенный к питающей сети, диодно-тиристорный мостовой выпрямитель, блок управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки и сварочную цепь, которая содержит последовательно соединенные коммутирующее устройство, амперметр, сглаживающий дроссель, силовую шину горелки и заземляющий кабель. Управляющий вход пусковых тиристоров соединен с блоком управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки, который снабжен пусковым выключателем. Один выход блока управления подключен к электромагнитному клапану газового отсекателя, второй выход - к двигателю подачи сварочной проволоки, третий выход подключен к пусковому выключателю, четвертый выход соединен с потенциометром для регулировки скорости подачи сварочной проволоки, которая соответствует заданной величине сварочного тока. Выпрямитель имеет дополнительные выходные клеммы 12 В и 24 В для зарядки аккумуляторных батарей, что расширяет функциональные возможности сварочного полуавтомата. Таким образом, сварочный полуавтомат может работать как в режиме сварки, так и в режиме зарядки аккумуляторных батарей.

Недостатками прототипа, как и других известных аналогов являются:

- высокая потребляемая пиковая мощность от сети - от 2 кВт и выше;

- высокие требования к напряжению питающей сети - 220 В (±10)%, в связи с этим при выходе уровня питающего напряжения за указанные

пределы нарушается режим горения дуги и ухудшается качество сварного шва;

- включение и выключение сварочного полуавтомата вызывает в питающей сети пиковые нагрузки;

- невозможность работы без внешнего источника питания, то есть в автономном режиме;

- прекращение работы сварочного полуавтомата при отсутствии напряжения в сети, например, при аварийных ситуациях;

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение потребляемой пиковой мощности до 100 Вт, повышение устойчивости горения сварочной дуги при снижении напряжения внешнего источника до 220 В (+15 - 50)%, и обеспечение возможности автономной работы сварочного полуавтомата и расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что сварочный полуавтомат содержит источник питания сварочной дуги, подключенный входом к внешней питающей сети, к выходу которого подключена сварочная цепь, состоящая из последовательно соединенных коммутирующего устройства, амперметра, сглаживающего дросселя, сварочной горелки и заземляющего кабеля, электродвигатель подачи сварочной проволоки, блок управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки, снабженный пусковым выключателем и потенциометром для регулировки скорости подачи сварочной проволоки, первый выход блока управления подключен к электромагнитному клапану газового отсекателя, второй выход к электродвигателю подачи сварочной проволоки, а третий выход блока управления подключен к коммутирующему устройству.

Согласно полезной модели, источник питания сварочной дуги содержит последовательно соединенные через выключатель зарядное устройство и аккумулятор, преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной величины, подключенный к входным клеммам аккумулятора, в сварочную цепь введено дополнительно балластное

устройство, подключенное заземляюшим кабелем к свариваемому изделию, а зарядное устройство снабжено клеммами для зарядки аккумуляторных батарей.

В частном случае выполнения балластное устройство содержит набор резисторов с суммарным сопротивлением до 60 мОм в интервале значений сварочного тока 20-200 А, аккумулятор выполнен из двух стартерных автомобильных батарей, напряжением 12 В каждая.

В отличие от прототипа в заявляемом сварочном полуавтомате устойчивое горение сварочной дуги обеспечивается не изменением сварочного напряжения, а выбором величины балластного сопротивления в сварочной цепи, что позволило заменить трансформаторный источник питания на аккумуляторный. Зарядное устройство позволяет проводить зарядку аккумуляторных батарей автомобиля, а преобразователь постоянного напряжения в переменное, подключенный к аккумулятору является источником бесперебойного питания типа кондиционера сети, что расширяет функциональные возможности устройства.

Выполнение многофункционального сварочного усторойства поясняется электрической схемой, приведенной на чертеже.

Многофункциональное сварочное усторойство содержит источник питания сварочной дуги, состоящий из зарядного устройства 1 последовательно подключенного через выключатель 2 к аккумулятору 3, электродвигатель подачи сварочной проволоки 4, электромагнитный клапан 5 газового отсекателя, блок управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки 6, снабженный пусковым выключателем 7 и потенциометром 8 для регулировки скорости подачи сварочной проволоки. К источнику питания сварочной дуги подключена сварочная цепь, которая содержит последовательно соединенные коммутирующее устройство 9, балластное устройство 10, подключенное заземляющим кабелем 11 к свариваемому изделию 12, амперметр 13, сглаживающий дроссель 14 и силовую шину сварочной горелки 15. Зарядное устройство 1 снабжено дополнительными

клеммами 16 для зарядки аккумуляторных батарей. Входные клеммы аккумулятора 3 подключены к выходу преобразователя 17 постоянного напряжения аккумулятора 3 в переменное напряжение заданной величины. В качестве зарядного устройства 1 использована модель РР-300/360 фирмы MEAN WELL, Тайвань, в качестве преобразователя 17 переменного напряжения в постоянное использован малогабаритный импульсный преобразователь модели A302-300-F3 фирмы MICRO CONTROL, Тайвань.

Балластное устройство 10 содержит набор резисторов 17 с суммарным сопротивлением до 60 мОм. Аккумулятор 3 выполнен из двух стартерных автомобильных батарей 18 и 19 напряжением 12 В.

Первый выход блока управления 6 подключен к электромагнитному клапану 5 газового отсекателя, второй выход подключен к двигателю подачи сварочной проволоки 4, третий выход подключен к коммутирующему устройству 9. Зарядное устройство 1 подключено к питающей сети 220 В (+15 - 50)% с внутренним сопротивлением до 20 Ом в или может быть подключено к любому внешнему источнику питания, например, к автономному электрогенератору, ветрогенератору, генератору автомобиля, солнечным модулям и др. источникам питания.

При включении пускового выключателя 7 блок управления 6 выдает напряжение включения электромагнитного клапана 5 и одновременно включается двигатель подачи сварочной проволоки 4 и замыкается контакт коммутатирующего устройства 9, при этом сварочная проволока горелки 15 замыкает сварочную цепь, возникает сварочная электрическая дуга и происходит процесс сварки. Скорость подачи сварочной проволоки устанавливается потенциометром 8 в соответствии с выбранным сварочным током и балластным сопротивлением, величину которого устанавливают из условия устойчивости горения дуги в пределах до 60 мОм в интервале значений сварочного тока 20-200 А, что увеличивает внутреннее суммарное сопротивление источника сварочного тока, которое равно сумме сопротивлений аккумулятора 3, сглаживающего дросселя 14, заземляющего

кабеля 11, отрезка сварочной проволоки (не показан), горелки 15 и балластного устройства 10, что приводит по закону Ома к уменьшению величины сварочного тока. В процессе сварки через выключатель 2 зарядное устройство 1 подзаряжает аккумулятор 3. Таким образом сварочный ток протекает через аккумулятор 3 и при этом не перегружается внешний источник питания, что позволяет использовать внешний источник меньшей мощности, которая составляет от 100 Вт до 1000 Вт, что более чем на порядок ниже, чем у известных сварочных полуавтоматов. Накопление энергии аккумулятором 3 позволяет питать сварочный полуавтомат от различных источников напряжения однофазной сети или при ограниченном объеме сварочных работ - от аккумулятора 3. Использование аккумуляторного источника питания сварочной дуги исключает пульсации сварочного тока, возникающие при выпрямлении переменного тока с одновременным повышением устойчивости горения сварочной дуги.

Для работы сварочного полуавтомата в режиме зарядки к клеммам 16 подключаются клеммы аккумуляторных батарей с одновременным контролем тока зарядки. Изготовлена опытная партия сварочных полуавтоматов и достижение указанного технического результата подтверждено испытаниями. При отключении напряжения в сети, например, в аварийных ситуациях преобразователь 17 преобразует постоянное напряжение аккумулятора 3 в переменное напряжение заданной величины, что расширяет функциональные возможности устройства и повышает его потребительские качества. Источники информации:

1. А.С. 1161304, Кл. В23К 9/10, 1983

2. RU 2259627 С2, 7 МПК Н02М 3/335, публ. 2005.08.27

3. RU 2275995 С2, МПК В23К 9.00, Н01А 27, 28, публ. 2006.05.100

4. RU 2018424 С1, 5 МПК В23К 0/06, публ. 1994.08.30.

5. Полуавтомат углекислотный сварочный ПИТОН ПДГ-12-2, 15-1, 18-1, 20-1, 24-1 УЗ 220 В, Инструкция по эксплуатации. Изготовитель ООО

Научно-производственное предприятие «Донэлектроприбор», г.Ростов-на-Дону, 2001 г. - прототип.

1. Сварочный полуавтомат, содержащий источник питания сварочной дуги, подключенный входом к внешней питающей сети, к выходу которого подключена сварочная цепь, состоящая из последовательно соединенных коммутирующего устройства, амперметра, сглаживающего дросселя, сварочной горелки и заземляющего кабеля, электродвигатель подачи сварочной проволоки, блок управления циклом сварки и двигателем подачи сварочной проволоки, снабженный пусковым выключателем и потенциометром для регулировки скорости подачи сварочной проволоки, первый выход блока управления подключен к элетромагнитному клапану газового отсекателя, второй выход к электродвигателю подачи сварочной проволоки, а третий выход блока управления подключен к коммутирующему устройству, отличающийся тем, что источник питания сварочной дуги содержит последовательно соединенные через выключатель зарядное устройство и аккумулятор, к входным клеммам которого подключен через выключатель преобразователь постоянного напряжения в переменное, сварочная цепь дополнительно содержит балластное устройство, подключенное заземляющим кабелем к свариваемому изделию, а зарядное устройство снабжено клеммами для подключения аккумуляторных батарей.

2. Сварочный полуавтомат по п.1, отличающийся тем, что балластное устройство содержит набор резисторов с суммарным сопротивлением до 60 мОм в интервале значений сварочного тока 20-200 А.

3. Сварочный полуавтомат по п.1, отличающийся тем, что аккумулятор выполнен из двух автомобильных батарей напряжением 12 В каждая.