Источник питания для дуговой сварки

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для дуговой сварки стальных изделий штучными электродами. Цё ль изобретения - улучшение качест й1а сварного соединения за счет повьтения надежности зажигания дуги. Устройство содержит последовательно соединенные источник питания постоянным током, автономньй инвертор, трансформатор, выпрямитель , фильтр, нагрузку, систему управления инвертором и дополнительно три ключа, функциональный преобразователь , интегратор и ограничитель. Элементы , введенные в устройство, позволяют изменять структуру системы управления в зависимости от этапа процесса сварки. Когда горит дуга и происходит расплавление очередной дозы переносимого металла, ток стабилизируется инерционным замкнутым контуром, содержащим интегратор. На этапах коротких замыканий интегратор исключается из системы, его начальные условия обнуляются, система регулирования размыкается. Необходимая коммутация цепей происходит с помощью ключей. По окончании короткого замыкания ключи переходят в исходное положение и восстанавливается замкнутая структура системы управления. 2 ил. Q ьэ ч NJ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (504 В 23 К 9 10

В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвтоесмомм свидетельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3940975/25-27 (22) 05.08.85

1 (46) 30.12.86. Бюл. 1п 48 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) и Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский технологический институт электросварочного оборудования (72) В.С.Смирнов, П.А.Кошелев

М.И.Закс, С.А.Ермолин и В.И.Комаров (53) 621.791.75(088.8) (56) Закс М.И. Сварочные выпрямители.

Л.: Знергоатомиздат, 1983, с. 96.

Патент Великобритании N 1546211, кл. H 02 Р 13/f8, 1979. (54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использо1 вано для дуговой сварки стальных изделий штучными электродами. Цель изобретения — улучшение качества сварного соединения за счет повьппения надежно„Я0„„1279770 А I сти зажигания дуги. устройство содержит последовательно соединенные источник питания постоянным током, автономный ипвертор, трансформатор, выпрямитель, фильтр, нагрузку, систему управления инвертором и дополнительно три ключа, функциональный преобразователь, интегратор и ограничитель. Элементы, введенные в устройство, позволяют изменять структуру системы управления в зависимости от этапа процесса сварки. Когда горит дуга и происходит расплавление очередной дозы переносимого металла, ток стабилизируется инерционным замкнутым контуром, содержащим интегратор. На этапах коротких замыканий интегратор исключается из системы, его начальные условия обнуляются, система регулирования размыкается. Необходимая коммутация цепей происходит с помощью ключей. По окончании короткого замыкания ключи переходят в исходное положение и восстанавливается замкнутая структура системы управления. 2 ил.

1279770 только положительным импульсом с выхода дифференцирующей цепи 20, который появляется при переходе компаратора 10 из состояния "0" в состояние

"1". Компаратор 10 работает таким об- 5 разом, что при превышении сигнала первого входа над напряжением источника

13 на выходе его — сигнал "0", в противном случае "1". Величина выходного напряжения источника 13 выбрана равной выходному напряжению датчика 7 тока при токе нагрузки, меньшем минимального сварочного тока (5-10 А).

Таким образом, в случае холостого хода сварочной цепи сигнал на выходе компаратора 10 соответствует "0", на всех входах и выходе схемы ИЛИ 23

"0". Нулевому сигналу на управляющих входах ключей 17, 19 и 25 соответствует положе ие 1, еди ичко у — положе- 20 ние 2, т.е. при холостом ходе сварочной цепи ключи 19 и 25 разомкнуты, ключ 17 замкнут.

В момент t, (фиг.2) начала сварки производится замыкание цепи 6 путем

k касания электродом свариваемого изделия ° Напряжение нагрузки падает ниже уровня срабатывания компаратора

11 (пунктирная линия на диаграмме 26,.З фиг.2), выходной сигнал компаратора

11 и следовательно, управляющий сигнал ключей становится равным 1, ключи 19 и 25 эамьйаются, ключ 17 размыкается. Одновременно появляется ток нагрузки (диаграмма 27, фиг.2), вследствие чего сигнал па первом входе компаратора 10 превышает порог его срабатывания (пунктирная линия на диаграмме 27). Компаратор 10 переходит в состояние "1", положительный перепад его выходного сигнала передается через дифференцирующую цепь 20 на вход генератора 21 (диаграмма 28, фиг.2), который вырабатывает импульсы на первом (диаграмма 29, фиг.2) и втором (диаграмма 30) выходах.

В интервале времени t -t на вхо1 де преобразователя 18 действует напряжение, равное сумме выходного на пряжения функционального преобразователя 24, пропорционального сигналу уставки, и напряжения первого выхода генератора 21 (диаграмма 31, фиг.2).

В начале указанного интервала часто55 та запускающих импульсов инвертора

2, следовательно, мощность, которая может быть передана в нагрузку, максимальна, ток нагрузки резко возрастает (диаграмма 27), происходит ин4 тенсивный разогрев контакта электрод — изделие, расплавление материала электрода и его частичное испарение.

Таким образом создаются условия для ионизации газа разрядного промежутка сначала за счет термоэлектронной эмиссии, затем, по мере расплавления конца электрода и образования разрядного промежутка, эа счет автоэлектронной эмиссии, термической ионизации и возникновения дуги, горящей в парах свариваемого металла.

Форма импульса генератора 21 (диаграмма 29) близка к треугольной, а параметры импульса выбраны так„ чтобы закон изменения мсщности нагрузки обеспечивал интенсивный прогрев металла в начале сварки, гарантированное зажигание и устойчивое горение дуги к моменту t (фиг.2)

2 скончания импульса. В течение интервала с "t частота инвертора 2 пада1 ет, сопротивление нагрузки растет, поэтому, начиная с момента t,, определяемого параметрами импульса генератора 2 1 и фильтра 5 (фиг. 1) ток нагрузки падает, а напряжение на ней продолжает расти, затем, по окончании процесса подготовки и зажигания дугового разряда, так же спадает (диаграмма 26, фиг.2).

Таким образом обеспечивается устойчивое зажигание дуги в начале сварки.

Значительный бросок мощности в первый момент и определенный закон изменения ее в процессе установления дугового разряда и теплового равновесия в сварном шве исключает явление залипания электрода, что улучшает качество шва и обеспечивает облегчение труда сварщика.

Если по каким-либо причинам (загрязнение поверхности иэделия, наличие окалины, плохой контакт в электрододержателе и т.п.) дуга при первом касании не возникает, ток нагрузки становится равным О, компаратор 10 устанавливается в "0", ключи 17, 19 и 25 переходят в положение "1". При следующем замыкании цепи нагрузки процесс повторяется. В процессе сварки, когда горит дуга и при капельных коротких замыканиях компаратор 10 находится в состоянии "1", генератор 21 не работает, на первых входах сумматора 22 и схемы ИЛИ 23 нулевые сиг1279770 налы. На участках горения дуги без коротких замыканий, например, в интервале t4-t (фиг,2), ток нагрузки

5 стабилизируется за счет цепи отрицательной обратной связи, образованной 5 датчиком 7, компаратором 9, интегратором 15 и преобразователем 18 на уровне, определяемом сигналом источника 12, При замыкании дугового промежутка каплей металла, падающей с электрода на изделие, напряжение на нагрузке резко снижается (интервалы

-t, диаграмма 26, фиг.2), 4 5 б компаратор 11 устанавливается в состояние "1", которое через схему 23 передается на управляющие цепи ключей. Последние переходят в положение

2 (диаграмма 32, фиг.2). Ключ 19 за— мыкает вход интегратора на выход, таким образом на входе ограничителя 16 устанавливается выходной сигнал компаратора 9. Этот сигнал отрицателен, так как ток короткого замыкания превышает ток установленного режима сварки. При отрицательном входном сигнале ограничителя 16, в качестве котоI рого может быть использован стабилитрон с заземленным анодом, выходной сигнал его близок к О. На входе преобразователя 18 напряжения в частоту действует сигнал функционального преобразователя 24, пропорциональный сигналу источника 12.

Характеристика преобразователя 24 выбрана так, чтобы ток короткого замыкания с учетом нелинейности характеристик блоков 18, 2-4 был связан определенным образом с режимным сварочным током. Оптимальная форма характеристики блока 24 может быть найдена экспериментально, так как если ток слишком мал, во время короткого замыкания выделяется мощность, недостаточная для сохранения условия по- 45 следующего зажигания дуги, возможно

"залипание" электрода, а если ток больше оптимального., усиливается разбрызгивание металла, поскольку давление дуги на металл пропорционально квадрату тока.

Выходной сигнал блока 24 значительно меньше амплитуды импульса генератора 21, поэтому указанный процесс первого зажигания дуги практи55 чески не зависит от режима сварки.

Для сохранения устойчивой дуги и получения высокого качества BIBB (малое разбрызгивание, предотвращение выгорания легирующих добавок, интенсивного испарения на границе капля жидкая ванна) необходимо выполнить следующие условия: фронт нарастания импульсов тока короткого замыкания должен быть крутым, амплитуда этого импульса должна быть оптимальной, спад импульса должен быть крутым, но ток не должен уменьшаться ниже режимного значения.

В предлагаемом устройстве малые длительности фронта и спада обеспечиваются путем изменения структуры системы управления в зависимости от этапа процесса сварки: когда горит дуга и происходит расплавление очередной дозы переносимого металла, ток стабилизируется инерционным замкнутым контуром, содержащим интегратор 15 (фиг,1). На этапа-.: коротких замыканий интегратор исключается из системы, его начальные условия обнуляются, система регулирования размыкается. Оптимальность амплитуды импульсов тока короткого замыкания обеспечивает связь ее с напряжением уставки и выбор характеристики преобразователя 24. По окончании короткого замыкания ключи переходят в положение 1, восстанавливается замкнутая структура системы регулирования, но поскольк-.. выходной сигнал интегратора формируется не мгновенно, входной сигнал преобразователя 18 имеет провалы до О (например, моменты С, - на диаграмме 31, фиг.2), В токе нагрузки провалы отсутствуют за счет свободного рассеяния энергии, запасенной фильтром 5, однако спад тока происходит быстро (сопротивление нагрузки растет, постоянная времени ее уменьшается).

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным обеспечивается более высокая производительность процесса сварки за счет более надежного первого зажигания дуги, в том числе на холодный и плохо очищенный металл, более устойчивого горения дуги при капельном переносе металла. Дополнительно повышается качество шва, снижаются потери электродного металла, упрощается обслуживание источника, снижается стоимость сварочных работ, так как высокой квалификации для их проведения не требуется.

1279770

Формула изобретения

Источник питания для дуговой сварки, содержащий последовательно соединенные источник питания постоянным 5 током, автономный инвертор, трансформатор, выпрямитель, фильтр, нагрузку и систему управления инвертором, содержащую преобразователь напряжения в частоту, датчики тока и напряжения

10 нагрузки, три компаратора, генератор импульсов с двумя выходами, сумматор, схему ИЛИ, два источника опорного напряжения, источник напряжения уставки и дифференцирующую цепь, о т л и ч а15 ю шийся тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения за счет повышения надежности зажигания дуги, в источник введены три ключа, функциональный преобразователь, инте-2О гратор и ограничитель, причем выход интегратора через последовательно соединенные ограничитель и первый ключ соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, второй ключ включен параллельно интегратору, третий ключ включен между выходом сумматора и входом преобразователя напряжения в частоту, первый вход сумматора со-. единен с первым выходом генератора импульсов, второй вход сумматора — с выходом функционального преобразователя, вход функционального преобразователя соединен с выходом источника напряжения уставки и с входом первого компаратора, вход генератора импульсов соединен через дифференцирующую цепь с выходом второго компаратора, управляющие цепи ключей подключены к выходу схемы ИЛИ, первый вход которой подключен к второму выходу генератора импульсов, а второй вход схемы ИЛИ вЂ” к выходу третьего компа— ратора.

1279770

1(2

1дЬД, Составитель В. Ганюшин

Техред Л.Сердюкова Корректор M.Äåì÷èê

Редактор Э.Слиган

Заказ 7001/12 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4