Спосіб електричного живлення однофазних контактних машин змінного струму

Спосіб електричного живлення однофазних контактних машин змінного струму, при якому для живлення зварювального трансформатора, розрахованого на частоту F, за допомогою двох трифазних двопівперіодних керованих випрямлячів, які включені зустрічно-паралельно, формують напругу частотою 3F/4, який відрізняється тим, що кожну півхвилю напруги формують послідовною комутацією двох лінійних напруг, при цьому півхвилю однієї полярності починають комутацією тієї ж лінійної напруги, на якій закінчують попередню півхвилю іншої полярності. Дійсний винахід відноситься до області зварювання, а більш точно - до способу електричного живлення однофазних контактних стикових машин змінного струму. Рівень техніки. Відомий спосіб живлення контактних зварювальних машин, при якому для рівномірного струмового завантаження трьох фаз живильної мережі застосовують трифазні випрямлячі ["Canadian Welder and Fabrication" - 1989, 80, №9, с. 15, 17-19, Butt welding with three-phase DC power]. Недоліки відомого способу полягають у низькому к.к.д. машин постійного струму через значне спадання напруги на діодах й ускладненні конструкції вторинного контуру зварювальної машини. Це основні причини, через які в країнах СНД дотепер випускаються контактні стикові машини змінного струму тільки в однофазному виконанні. Відомий спосіб електричного живлення контактних машин, при якому для симетрирування однофазного навантаження підключають до останнього реактивні елементи, зібрані за схемою Штейнметца [патент ФРН №3927437, 1989, H02j 3/26, B23k 11/24]. Цей спосіб забезпечує рівномірний розподіл струму по трьох фазах живильної мережі при незмінних параметрах навантаження. Однак, у процесі контактного стикового зварювання оплавленням опір зварювального контакту змінюється в широких межах - від деякої мінімальної величини до нескінченності. Відповідно повинна змінюватися потужність реактивних симетрируючих елементів. Здійснити плавне регулювання індуктивності і ємності в широких межах неможливо. Змінювати параметри реактивних елементів залежно від величини навантаження можна дискретно. Для цього необхідно мати деяку кількість модулів реактивних елементів, зібраних за схемою Штейнметца, які включаються в роботу при відповідному значенні зварювального струму [патент РФ №2156532, 1997, H02j 3/26, B23k 11/24]. Недоліком цього способу є те, що при інших значеннях струму відбувається неповне симетрирування однофазного навантаження. Крім того, встановлена потужність силових реактивних елементів значно перевищує потужність однофазного навантаження. Відомий спосіб електричного живлення контактних стикових машин з перетворенням трифазного струму промислової частоти в однофазний (19) UA (11) 86279 (13) C2 (21) a200707231 (22) 26.06.2007 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) КУЧУК-ЯЦЕНКО СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA, ГАВРИШ ВАЛЕРІЙ СЕМЕНОВИЧ, UA, РУДЕНКО ПЕТРО МИХАЙЛОВИЧ, UA, КРИВОНОС ВАДИМ ПЕТРОВИЧ, UA, СИДОРЕНКО ВАЛЕРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, UA, КРИВЕНКО ВАЛЕРІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ, UA, МИКИТИН ЯРОСЛАВ ІВАНОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О.ПАТОНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) DE 3927437 A1, 11.04.1991 RU 2156532 C2, 20.09.2000 JP 2001179461 A, 03.07.2001 Лебедев В.К., Письменный А.А. Совершенствование систем питания машин для контактной сварки 3 86279 4 рності. струм низької частоти [Н.В. Подола, С.И. КучукДля цього включення тиристорів синхронізуЯценко, Контактная стыковая сварка токами низють, наприклад, відносно моменту переходу через кой частоты, «Автоматическая сварка», 1957, №1, нуль лінійної напруги A-C (Фіг.1), і далі для формус.63-72]. Частота струму вибирається з ряду 16 вання імпульсу однієї полярності в момент часу t1, 2/3, 10, або 5Гц. Відповідно до обраній частоті пощо визначається заданим значенням напруги на винен розраховуватися зварювальний трансфорвиході випрямлячів і по величині більше 3,3мс і матор. менше 10мс, підключають до зварювального Недоліком цього способу є те, що зі знижентрансформатора лінійну напругу A-B, а в момент ням частоти значно збільшуються габарити й маса часу t2=t1+3,3 м с підключають напругу A-C. На зварювального трансформатора, що спричиняє цьому формування напівхвилі однієї полярності зміну конструкції зварювальної машини. Із цієї завершується. Наступну напівхвилю напруги почипричини відомий спосіб перетворення частоти й нають із тієї ж лінійної напруги, на якій закінчували числа фаз для симетрування однофазного наванпопередню напівхвилю, але використовують його таження не вийшов за рамки дослідної розробки й протилежну за знаком частину -С+А. Тобто в моне може бути реалізований на серійних контактних мент часу T3=t2+10мс підключають лінійну напругу стикових машинах, зварювальний трансформатор -С+А. Далі в момент часу t4=t3+3,3 м с підключають яких розрахований на промислову частоту. лінійну напругу -В+С и на цьому закінчують форНайбільш близьким по технічному рішенню є мування напівхвилі напруги негативної полярності. спосіб електричного живлення однофазних контаАналогічно в моменти часу T2i-1=t2I-2+10мс підклюктних машин змінного струму, при якому для живчають відповідно лінійні напруги В-С,-В+А,С-А,лення зварювального трансформатора, розрахоС+В, а в моменти часу t2i=t2i-1+3,3 м с підключають ваного на частоту F, за допомогою двох напруги -А+В,-С+А,С-В,-А+В, де і=3,4,5,6 - порядтрифазних двонапівперіодних керованих випрямковий номер імпульсу у серії. Далі описану серію лячів, які включені зустрічно-паралельно, формуповторюють із частотою 12,5Гц. ють напругу частотою 3F/4, прийнятий нами як Зазначений спосіб вигідно відрізняється від прототип [В.К. Лебедев, А.А. Письменный, Усовепрототипу тим, що форма імпульсу наближається ршенствование систем питания машин для контадо прямокутної, тобто зменшується коефіцієнт ктной сварки сопротивлением, «Сварка и родстамплітуди імпульсу зварювального струму, і протявенные технологии - в XXI век», Сб. тр. гом значно більшого часу в порівнянні із прототимеждународной конференции - Киев, Институт пом створюються умови ефективного нагрівання электросварки им. Е.О. Патона, 1998, с. 130-136]. при зварюванні оплавленням. При цьому три фази При частоті живильної мережі F=50ГЦ частота комережі завантажуються рівномірно. Крім того, томутації випрямлячів 3F/4 відповідає 37,5Гц. му що кожну пару послідовних імпульсів різної У цьому способі протягом кожної напівхвилі полярності включають і виключають на тій самій однієї полярності роблять комутацію тільки однієї лінійній напрузі, аварійна ситуація (коротке замилінійної напруги. При цьому форма напруги в мекання) не створюється навіть при подачі імпульсів жах напівхвилі однієї полярності близька до синукерування одночасно на всі тиристори, які підклюсоїдальної, що не є оптимальним, тому що ефекчені до цієї лінійної напруги в обох випрямлячах. тивне нагрівання елементарних контактів при Ця умова також створює можливість одержувати зварюванні оплавленням здійснюється тільки на безперервну криву струму зварювання при відпонапрузі близькій до амплітудних значень синусоївідному коефіцієнті потужності навантаження види, тривалість якої протягом напівперіоду незначпрямлячів. на. Таким чином, збільшення коефіцієнта амплітуПристрій, що реалізує описаний спосіб, покади струму КА=І М/Ід, де І м - максимальне значення зан на Фіг.2. Він містить два трифазних двонапівструму, І д - діюче значення струму, не сприятливо періодні керовані випрямлячі 1 й 2, підсилювачпозначається на якості зварювання. Крім того, цей розподільник імпульсів відмикання тиристорів 3, спосіб має низьку надійність при реалізації, тому блок синхронізації 4, одновібратор імпульсів 5, що при зміні полярності імпульсів включення кождатчик струму зварювання 6, блок виміру ефектиної лінійної напруги можливо при повному вимивного значення струму 7, датчик напруги 8, блок канні тиристорів, які включали попередню лінійну виміру ефективного значення напруги 9, процесор напругу. У противному випадку можливо коротке 10, запам'ятовувальний пристрій 11, блок завданзамикання електричної мережі через тиристори ня напруги й виводу діагностичного повідомлення обох випрямлячів. 12. Числом 13 показаний зварювальний трансфоЗадачею винаходу є усунення зазначених нерматор. Блоки у пристрої з'єднані у такий спосіб. доліків. Пропонується спосіб електричного живВходи трифазних двонапівперіодних керованих лення однофазних контактних машин змінного випрямлячів 1 й 2 з'єднані з фазними напругами струму, при якому для живлення зварювального живлення А, В і С, а виходи паралельно один одтрансформатора, розрахованого на частоту F, за ному, причому позитивний вихід кожного випрямдопомогою двох трифазних двонапівперіодних ляча з'єднаний з негативним виходом іншого викерованих випрямлячів, які включені зустрічнопрямляча, і далі один об'єднаний вихід через паралельно, формують напругу частотою 3F/4, що датчик струму зварювання 6, вихід якого підклювідрізняється тим, що кожну напівхвилю напруги чений до входу блоку виміру ефективного значенформують послідовною комутацією двох лінійних ня струму, з'єднаний з одним входом трансформанапруг, при цьому напівхвилю однієї полярності тора 13, а інший об'єднаний вихід - з іншим входом починають комутацією тієї ж лінійної напруги, на трансформатора 13. Входи трансформатора 13 якій закінчують попередню напівхвилю іншої поля 5 86279 6 ля приходу імпульсу синхронізації описаний проз'єднані також із входами датчика напруги 8, вихід цес формування керуючих імпульсів якого підключений до входу блоку виміру середповторюється. ньої напруги 9. Підсилювач-розподільник 3 вихоПри зміні полярності напівхвиль напруги на дами підключений до ланцюгів відмикання тирисвиході випрямлячів процесор зчитує з виходу блоторів випрямлячів 2 й 1, а входом через ку виміру ефективного струму 7 обмірюване знаодновібратор 5 з виходом процесора 10, до входів чення струму зварювання. Якщо ця величина пеякого підключені виходи блоку виміру ефективного ревершує максимальну припустиму величину, струму 7, блок виміру ефективної напруги 9, запапроцесор 10 виключає формування імпульсів кем'ятовувальний пристрій 11, блок завдання напрурування тиристорами й на блок завдання напруги ги й виводу діагностичного повідомлення 12 і блок й виводу діагностичного повідомлення 12 видаєтьсинхронізації 4, вхід якого підключений до фаз А ся повідомлення про неприпустиму величину звата С. рювального струму. Пристрій працює таким чином. Процесор 10 При зміні полярності напівхвиль напруги на працює відповідно до програми, що міститься у виході випрямлячів з негативної на позитивну прозапам'ятовувальному пристрої 11. При його вклюцесор 10 зчитує з виходу блоку виміру ефективної ченні із блоку завдання напруги й виводу діагноснапруги 9 обмірюване ефективне значення напрутичного повідомлення 12 процесор зчитує задану ги на вході зварювального трансформатора. Обмінапругу, що має бути на виході випрямлячів. По рюване значення зрівняється із заданим і по велицій величині відповідно до функціональної залежчині неузгодженості процесор 10 коректує ності, записаної в запам'ятовувальному пристрої значення часу ti для включення наступних тирис11, процесор 10 обчислює момент часу t1 для підторів. Коректування часу ti раз у період необхідне ключення до зварювального трансформатора лідля формування симетричної напруги в протилежнійної напруги A-B. Після надходження імпульсу них за знаком напівхвилях, і тим самим для висинхронізації від блоку синхронізації 4 процесор ключення умови насичення зварювального трансвідраховує заданий час t1 і потім формує сигнал форматора. відмикання тиристорів, підключених до лінійної Запропонований спосіб електричного живленнапруги A-B у випрямлячі, що формує позитивні ня контактних машин пройшов експериментальну напівхвилі. Цей сигнал потрапляє на вхід одновібперевірку в лабораторних умовах на однофазній ратора 5, з виходу якого формується імпульс, що стиковій машині типу К-190П. Зварювали безперезбігається по фронту із сигналом з виходу процервним та пульсуючим оплавленням рейки та загосора 10, та має тривалість 3,3мс. Завдяки цьому товки прокату з перерізом від 7000 до 15000мм посилений імпульс із виходу підсилювачапри струмах 200...700А. Одночасно реєстрували розподільника 3 подається на керуючі входи відструм у кожній фазі за допомогою вимірювальних повідних тиристорів протягом усього часу викоперетворювачів та багатоканального самописця. нання умови керованості цих тиристорів. Було підтверджено, що даний спосіб дозволяє Після відпрацьовування часу t1 процесор відживити від трьохфазної електричної мережі контараховує час t2=t1+3,3 м с і при його виконанні форктні машини для зварювання оплавленням, які мує імпульси відмикання на керуючі входи тирисмають однофазний трансформатор. Форма імпуторів, які підключені до напруги A-C. Далі в такий льсу отриманої напруги сприяє утворенню якісного же спосіб відраховують інтервали часу t3, t4......t12 і звареного з'єднання, тому що його коефіцієнт амформуються імпульси відмикання на керуючі вхоплітуди КА менше, ніж при зварюванні синусоїдади тиристорів, які підключені відповідно до напруг льним струмом. Обрана послідовність включення А+С, -В+С (у випрямлячі негативних напівхвиль), лінійною напруги на початку й кінці кожної напівB-C, B-A (у випрямлячі позитивних напівхвиль), хвилі забезпечують надійне живлення й у більшосВ+С-С+А ( у випрямлячі негативних напівхвиль), ті випадків практично безперервну криву зварюваС-А,С-В (у випрямлячі позитивних напівхвиль), льного струму. При цьому три фази електричної С+А,-А+В (у випрямлячі негативних напівхвиль). мережі живлення зварювальних машин завантаДалі процесор 10 переходить в очікування імжуються рівномірно. пульсів синхронізації із блоку синхронізації 4. Піс 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 86279 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601