Універсальний двоканальний тиристорно-інверторний випрямляч для імпульсно-дугового зварювання

Корисна модель відноситься до зварювальної техніки і технології, а саме, до тиристорно-інверторних зварювальних випрямлячів для імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться, у середовищі захисних газів. Поява в різних галузях промисловості нових матеріалів і технологій визначила розробку нового напрямку в зварювальній справі - імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться, у середовищі захисних газів. Активний вплив на протікання процесів на електроді й у зварювальній ванні дозволяє суттєво поліпшити якість і підвищити продуктивність зварювання електродом, що плавиться. Заявляємий універсальний двохканальний тиристорно-інверторний випрямляч для імпульсно-дугового зварювання виконаний за схемою рівнобіжного включення класичного керованого випрямляча (наприклад, на тиристорах) і високочастного перетворювача на базі інвертора. Інверторні джерела живлення для дугового електрозварювання одержали в останні роки широке поширення. Невеликі розміри і маса, поліпшені динамічні характеристики вигідно відрізняють інвертори від традиційних джерел. Інверторні джерела живлення - це сучасний напрямок у розвитку зварювальної техніки на основі високочастотних перетворювачів (інверторів), у яких реалізовані кращі схемотехнічні рішення і використана елементна база кращих європейських і північноамериканських виробників в області інверторних те хнологій. Силові модулі-інвертори сертифіковані у ведучих європейських сертифікаційних центрах (TUV і ін.), при цьому їхнє застосування в розроблювальному й універсальному зварювальному устаткуванні, що виготовляється, дозволяє одержати чудові зварювальні характеристики при використанні будь-яких європейських і вітчизняних зварювальних матеріалів, а широкий діапазон припустимих температур навколишнього середовища дозволяє працювати з апаратами практично в будь-яких кліматичних умовах. Великий вибір як європейських, так і вітчизняних аксесуарів (пальники, газові редуктори, щитки зварника й ін.) дозволяє комплектувати апарат необхідними допоміжними пристроями і принадлежностями. Апарати з використанням силових модулів-інверторів мають значно менші габаритні розміри і масу, що зручно в монтажних умовах. Устаткування працює з високою тривалістю навантаження (не менш 60%), має примусове охолодження і захисти від перевантаження, при цьому відчутне знижені енерговитрати при високому коефіцієнті корисної дії (ККД), а вартість інверторів порівнянна з вартістю традиційного устаткування. Застосування апаратів на базі інверторів дозволяє виконувати відповідальні зварені з'єднання персоналом середньої кваліфікації. Задача розробки пристрою, який заявляється, є в даний час актуальної, тому що до сучасних зварювальних агрегатів у даний час пред'являються усе більш жорсткі вимоги по енергоспоживанню, по точності відтворення заданого режиму зварювання в різних нестабільних умовах, за масо-габаритними показниками, по простоті експлуатації й обслуго вування. Усім цим вимогам відповідають зварювальні агрегати, побудовані на базі сучасних інверторів ведучих фірмвиробників преосвітньої техніки. Відомий «Зварювальний генератор» [Авт. св. СРСР №1333496, МПК4 В 23 К 9/00, БВ-32-1987р.], що містить трифазну обмотку, випрямний міст і обмотку збудження, підключену до джерела постійної напруги, утвореному випрямним мостом, причому в генератор уведені чотири діоди, комутуючий тиристор, стабілітрон і регульований RC-ланцюг, при цьому перший діод включений паралельно обмотці збудження, через комутуючий тиристор з'єднаної з позитивним полюсом джерела постійної напруги і регульованим RC-ланцюгом, інший вивод яке разом з виводом обмотки збудження з'єднаний з анодами другого і третього діодів, підключених до будь-яким двох виводів трифазної обмотки, керуючий електрод комутуючого тиристора через стабілітрон підключений до загальної крапки регульованого RC-ланцюга, перемінний резистор якої зашунтований четвертим діодом, катод якого з'єднаний з позитивним полюсом джерела постійної напруги. Недоліками відомого пристрою, незважаючи на простоту конструкції, є невисокі енергетичні показники і вузька область застосування. Відомо «Джерело живлення для дугового зварювання[Патент України №22239, МПК6 В 23 К 9/06, бюл. №3, 1998р.], що включає мережний випрямляч, напівмостовий транзисторний інвертор, індуктивно-ємнісної перетворювач, знижувальний високочастотний трансформатор, низьковольтний випрямляч і пристрій керування, захисту й індикації, при цьому забезпечується робота інвертора на двох частота х: резонансної для індуктивноємнісного перетворювача і підвищеної. Незважаючи на відмінне схемотехнічне рішення, що забезпечує стабілізацію струму зварювальної дуги і підвищення стійкості процесу зварювання і якості звареного з'єднання, відомий пристрій має енергетичні і функціональні обмеження, тому що його самостійно неможливо використовува ти в зварювальних апаратах з великими струмами зварювання. Найбільш близьким по технічній сутності і технічному результату, що досягається, і обраним як прототип є джерело живлення для імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться, [Видавець: Міжнародна асоціація «Зварювання», журн. «Автоматичне зварювання», №4, 2003р., с. 48], що включає силовий трансформатор, керований тиристорний випрямляч, датчики робочих режимів, блок керування, блок зворотних зв'язків, блок виміру й індикації, причому напруга мережі подається на силовий трансформатор, де знижується до значення, необхідного для зварювального процесу. Знижена напруга з ви ходу силового трансформатора подається на керований тиристорний випрямляч, вихід якого з'єднаний з датчиками робочих режимів і дугою. Один з виходів датчиків робочих режимів з'єднаний із входом блоку зворотних зв'язків, вихід якого з'єднаний із блоком керування, сигнали керування з якого подаються на керований тиристорний випрямляч окремо по двох каналах - базовому каналу й імпульсному каналу. Блок виміру й індикації підключений до датчиків робочих режимів. Особливістю прототипу є керування тиристорним випрямлячем по двох окремих каналах - базовому й імпульсному каналу, причому базовий канал задає і регулює струм заданого «інтегрованого» режиму зварювання (тобто швидкість зміни струму зварювання порівняно невисока і постійна «інтегруюча» складова ці струми відслідковує мінімально необхідну величину стр уму зварювання в конкретному режимі роботи), а імпульсний канал задає і регулює «миттєві» значення зварювального струму, тобто диференціює роботу керованого тиристорного випрямляча в залежності від конкретних миттєви х значень і параметрів зварювальної дуги і зварювальної ванни в конкретних умовах, яки змінюються, що дозволяє цілеспрямовано керувати плавленням і переносом металу в зварювальній ванні. При цьому, незважаючи на два окремих канали керування, «силовий» канал, по якому проходить зварювальний струм, є одинарним і не відслідковує різкі миттєві зміни зварювального струму при роботі у швидкодіючих схемах, наприклад, у сучасних роботизированных системах. Недоліками прототипу є: - обмеження у використанні джерела струму у швидкодіючих системах для зварювання (сучасні роботизовані системи) через можливість зміни параметрів дуги тільки з частотою мережі перемінного струму через використання регуляторів на тиристорах; - підвищені масо-габаритні характеристики зварювальних апаратів через наявність традиційного трансформатора і тиристорного випрямляча, розрахованих на максимальний зварювальний струм; - невисокий ККД зварювального апарата, що не перевищує 73%. Задачею корисної моделі є розробка нової схемотехніки зварювального апарата для імпульсно-дугового зварювання з досягненням технічного результату - підвищення функціональних, масо-габаритних і енергетичних показників пристрою. Поставлена задача досягається тим, що в «Універсальному двохканальному тиристорно-інверторному випрямлячеі для імпульсно-дугового зварювання», що включає силовий трансформатор, керований тиристорний випрямляч, датчики робочих режимів, блок керування з двома каналами керування - імпульсним і базовим, блок зворотних зв'язків, блок виміру й індикації, при цьому вхід силового трансформатора підключений до мережі перемінного струму, а вихід - до керованого тиристорного випрямляча, вихід якого з'єднаний із входом датчиків робочих режимів, один з виходів яких з'єднаний із входом блоку зворотних зв'язків, а другий - підключений до блоку виміру й індикації, при цьому ви хід базового каналу блоку керування підключений до керованого тиристорного випрямляча, додатково введений інверторний випрямляч, вхід якого підключений до мережі перемінного струму, а вихід - підключений до виходу керованого тиристорного випрямляча, при цьому вихід імпульсного каналу блоку керування підключений до входу керування інверторного випрямляча, крім того, силовий трансформатор, керований тиристорний випрямляч, датчики робочих режимів, блок керування з двома каналами керування - імпульсним ібазовим, блок зворотних зв'язків, блок виміру й індикації являють собою базовий канал пристрою, виконаний, наприклад, у вигляді випрямного блоку типу STT. WIT 500+2x250+optic (Італія), а інверторний випрямляч виконаний у вигляді електронного модуля з можливістю завдання імпульсів з різними характеристиками, наприклад, типу IN V.160 MIG (Італія). Суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, співпадаючими з прототипом, є: - силовий трансформатор; - керований тиристорний випрямляч; - датчики робочих режимів; - блок керування з двома каналами керування - імпульсним і базовим; - блок зворотних зв'язків; - блок виміру й індикації; - вхід силового трансформатора підключений до мережі перемінного струму, а вихід - до керованого тиристорного випрямляча, вихід якого з'єднаний із входом датчиків робочих режимів, один з виходів яких з'єднаний із входом блоку зворотних зв'язків, а другий - підключений до блоку виміру й індикації; - вихід базового каналу блоку керування підключений до керованого тиристорного випрямляча. Відмітними від прототипові суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, є: - додатково введений інверторний випрямляч; - вхід інверторного випрямляча підключений до мережі перемінного струму; - вихід інверторного випрямляча підключений до виходу керованого тиристорного випрямляча; - вихід імпульсного каналу блоку керування підключений до входу керування іверторного випрямляча. Приватними відмітними від прототипові суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, є: - силовий трансформатор, керований тиристорний випрямляч, датчики робочих режимів, блок керування з двома каналами керування - імпульсним і базовим, блок зворотних зв'язків, блок виміру й індикації являють собою базовий канал пристрою, виконаний, наприклад, у вигляді випрямного блоку типу STT. WIT 500+2x250+optic (Італія); - інверторний випрямляч виконаний у вигляді електронного модуля INV. 160 MIG (Італія). Між відмітними суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, і технічним результатом, якій досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, підвищення функціональних, масо-габаритних і енергетичних показників пристрою досягається за рахунок нового виконання імпульсного каналу пристрою на основі інвертора і нового виконання зв'язків інвертора з іншими блоками пристрою. Технічне рішення, що заявляється, за рахунок використання інвертора в імпульсному каналі комбінованої схеми пристрою дозволяє: - зняти обмеження у використанні джерела струму у швидкодіючих системах для зварювання (сучасні роботизовані системи); - знизити масо-габаритні показники зварювальних апаратів завдяки тому, що трансформатор і тиристорний випрямляч розраховують на середній зварювальний струм, а максимальний струм в імпульсі виробляє інвертор, що має значно менші габарити і вагу; - підвищити ККД зварювального апарата до 86%. При цьому слід зазначити, що зварювальні апарати з використанням сучасних інверторів мають відмінні масо-габаритні показники, високу надійність і просте обслуговування завдяки використанню простої і надійної схеми силового модуля-інвертора. При цьому використання інвертора відчутно знижує енерговитрати через високий ККД перетворення енергії, а простота й універсальність технічних рішень по компонуванню інверторного устаткування дозволяють грамотно експлуатувати його обслуговуючим персоналом невисокої кваліфікації. Приватні відмітні ознаки дозволяють реалізувати пристрій, що заявляється, у конкретному виконанні, наприклад, у зварювальних випрямлячах типу ВДЧ-302, ВДУЧ-302, ВДЧИ-302. Досягнення зазначеного вище технічного результату можливо тільки при наявності сукупності всіх суттєви х ознак, викладених у формулі корисної моделі, при відсутності кожного з них технічний результат не може бути досягнут. Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук по патентних і науково-технічних джерелах інформації, з виявленням джерел, що містять інформацію про аналоги технічного рішення, яке заявляється, дозволяє установити, що заявником не виявлено аналога, який характеризується всією сукупністю ознак, ідентичної всім суттєвим ознакам корисної моделі, яка заявляється. Виділення з переліку виявлених аналогів прототипу, як найбільш близького по сукупності суттєви х ознак, дозволяє виявити сукупність суттєви х стосовно технічного результату, зазначеному заявником, відмітних ознак у пристрої, якій заявляється, викладених у формулі корисної моделі. Тому можна затверджувати, що корисна модель відповідає умові охороноздатності за критерієм «новизна». А приведений нижче опис конструкції корисної моделі дозволяє зробити висновок про відповідність технічного рішення, що заявляється, критерію «промислової застосовності», тому що дана конструкція пристрою працездатна і може бути використана при виготовленні електрозварювальних апаратів, оснащених інверторами і застосовуваних як джерело струму у швидкодіючих системах для зварювання (сучасні роботизированные системи). Корисна модель ілюстрована кресленням. На Фіг. показана структурна схема пристрою, який заявляється. Заявляємий універсальний двохканальний тиристорно-інверторний випрямляч для імпульсно-дугового зварювання включає силовий трансформатор 1, керований тиристорний випрямляч 2, датчики робочих режимів 3, інверторний випрямляч 4, блок керування 5 із двома каналами керування - імпульсним і базовим, блок зворотних зв'язків 6, блок виміру й індикації 7. Вхід силового трансформатора 1 підключений до мережі перемінного струму, а ви хід - до керованого тиристорного випрямляча 2, вихід якого з'єднаний із входом датчиків робочих режимів 3, один з виходів яких з'єднаний із входом блоку зворотних зв'язків 6, а другий - підключений до блоку виміру й індикації 7. Вихід базового каналу блоку керування 1 підключений до керованого тиристорного випрямляча 2. Вхід інверторного випрямляча 4 підключений до мережі перемінного струму, а вихід - підключений до виходу керованого тиристорного випрямляча 2, при цьому вихід імпульсного каналу блоку керування 5 підключений до входу керування інверторного випрямляча 4. Базовий канал побудований на тиристорному випрямному блоці типу STT. WIT 500+2x250+optic (Італія). Блок призначений для випрямлення й амплитудно-фазового регулювання базового струму. Схема керування блоком забезпечує формування імпульсів і стабілізації базового струму за рахунок наявності зворотних зв'язків. Блок розрахований на струми 10-250А и забезпечує можливість попередньої установки режиму по цифровому приладу. Імпульсний канал являє собою високочастотний інверторний перетворювач, що формує імпульси частотою 50 чи 100Гц, які накладаються на базовий струм і служать для додаткового впливу на перенос металу зварювального дроту у ванну, що забезпечує високоякісне зварювання тонколистових конструкцій у різних просторових положеннях. Інвертор виконаний у вигляді блоку INV.160MIG і служить для формування і регулювання імпульсів зварювального струму по частоті, амплітуді і формі. Блок забезпечує амплітуду імпульсів струму від 50 до 850А, частоту 50 чи 100Гц. Розглянемо роботу заявляемого пристрою. 1. Режим ручного дугового зварювання встановлюють перемикачем на лицьовій панелі. При цьому включається традиційний випрямляч базового каналу, а імпульсний канал відключається. На виході з'являється напруга холостого ходу базового каналу, що подається на електродотримач з електродом. При торканні електрода деталі, що зварюється, збуджується дуга і відбувається зварювання. 2. Режим напівавтоматичного дугового зварювання зварювальним дротом у середовищі захисних газів встановлюють перемикачем на лицьовій панелі. Випрямляч стикується зі зварювальним напівавтоматом состоящим з устройства, що подає, і зварювального пальника. При натисканні кнопки на пальнику включається традиційний випрямляч базового каналу і інверторний випрямляч імпульсного каналу. На виході з'являється напруга, включається газовий клапан на напівавтоматі, включається пристрій, що подає, і, зварювальний дріт подається в зону зварювання. При торканні електродного дроту деталі, яка зварюється, збуджується дуга і відбувається зварювання. Попередньо й у процесі зварювання можна задавати і контролювати як базове, так і імпульсне значення зварювального струму по цифровому приладу. 3. Режим аргоно-дугового зварювання встановлюють перемикачем на лицьовій панелі. Випрямляч стикується з блоком ТІГ, що складається з модуля завдання зварювального циклу і зварювального пальника з вольфрамовим електродом, що не плавиться. При натисканні кнопки на пальнику включається традиційний випрямляч базового каналу і інверторний випрямляч імпульсного каналу. На виході з'являється напруга, включається газовий клапан на блоці ТІГ. При торканні електродом, що не плавиться, до зварювальної деталі збуджується дуга і відбувається зварювання. Попередньо й у процесі зварювання можна задавати і контролювати як базове, так і імпульсне значення зварювального струму по цифровому приладу. Випрямляч забезпечує широкий діапазон регулювання як базового (10-250А), так і імпульсного струму (5850А). Частота регулювання імпульсів 50 чи 100Гц, при цьому забезпечується стійке зварювання маловулецевих, легованих, корозійностойких сталей і алюмінієвих сплавів. Заявляємий випрямляч має ряд переваг: 1. Універсальність характеристик для різних видів зварювання. 2. Знижене енергоспоживання за рахунок застосування інвертора. 3. Знижені масо-габаритні показники. На підставі усього вищевикладенного можна зробити висновок, що задача, поставлена в дійсної корисної моделі - розробка нової схемотехніки зварювального апарата для імпульсно-дугового зварювання - виконана з досягненням технічного результату - підвищення функціональних, масо-габаритних і енергетичних показників пристрою.