Пристрій для дугового зварювання з багатьма джерелами живлення

1. Пристрій для дугового зварювання з багатьма паралельно увімкнутими інверторними джерелами живлення (2), що мають силові частини (3), з власними блоками керування (4), охопленими внутрішніми зворотними зв'язками (5) та із загальним блоком задання режиму (6), який відрізняється тим, що вихід (7) загального блока задання режиму (6) приєднаний безпосередньо до входів кожного блока керування (4), а вхід (8) живлення загального блока задання режиму (6) приєднаний через розв'язуючі діоди (10) до виводів (9) живлення кожного блока керування. 3 Загальний блок керування, застосований у вищезгаданому пристрої, не може керувати великою кількістю силових модулів через обмеження вихідної потужності. Крім того, велика кількість нових конструктивних елементів збільшує трудомісткість виробу. Найближчим за технічною сутністю і результатом, який досягається, і вибраним як прототип є "Апарат для електродугової зварки з багатьма джерелами живлення" [Патент USA №6,291,798В1, В23К9/10, Sep.18, 2001], що містить паралельно з'єднані інверторні джерела живлення з власними блоками керування і загальним блоком завдання режиму (controller). На виході джерел живлення розташований один загальний зварювальний піст, що містить в собі два силові транзисторні ключі. Причому серед цих інверторних джерел живлення частина є головними (ведучими), інші підпорядкованими. Недоліками прототипу є наявність на виході прилада загального зварювального поста із силовими транзисторними ключами, що з одного боку робить пристрій многофункціональним (можливість живлення зварювальної дуги як постійним, так і змінним і асиметричним струмом), але з іншого - ускладнює і приводить до дорожчання устаткування в цілому. Тому його застосування може бути економічно доцільним лише для зварки труб (для чого вищезгаданий апарат і був створений) та інших важливих виробів та недоцільним для зварки з постійним струмом інших (загальнопромислових) виробів, де також потребуються великі струми, як при великих, так і низьких напругах. А також недоліками прототипу є: - розподіл джерел живлення, що входять до складу пристрою, на головні та підпорядковані, що знижує показники надійності усієї системи, оскільки вихід з ладу головного джерела живлення (де розташований загальний блок завдання режиму) може порушити режим роботи інших джерел живлення; - застосування у пристрої трьохфазних інверторних джерел живлення на струми 500А не забезпечує стабільність зварювальних режимів при виході одного з них з ладу. Наприклад, при живленні дуги струмом 2000А (застосовується 4 джерела живлення) зварювальний струм знизиться на 25%. Задачею корисної моделі є розробка нової схемотехніки пристрою для дугового зварювання з багатьма джерелами живлення з досягненням технічного результату - збільшення потужності з одночасним підвищенням надійності при зменшеній вартості. Поставлена задача досягається тим, що "Пристрій для дугового зварювання з багатьма джерелами живлення" має силові частини з власними блоками керування, охопленими внутрішніми зворотніми зв'язками та із загальним блоком завдання режиму. Вихід загального блока завдання режиму під'єднаний безпосередньо до входів кожного блоку керування, а вхід живлення загального блока завдання режиму під'єднаний через розв'язуючі діоди до виводів живлення кожного блока керування. 45715 4 Пристрій для дугового зварювання містить два інверторні джерела живлення, входи яких з'єднані послідовно, а виходи -паралельно або послідовно. Крім того, у Пристрої для дугового зварювання інверторні джерела живлення об'єднані в групу, що містить три пари інверторних джерел живлення, входи яких під'єднані до відповідного лінійного провода трьохфазної мережі живлення. Пристрій для дугового зварювання містить не менше двох груп інверторних джерел живлення, виходи яких з'єднані послідовно, причому входи блоків керування інверторних джерел живлення всіх груп поєднані, з одним загальним блоком завдання режиму. Крім того, у Пристрої для дугового зварювання входи блоків керування інверторних джерел живлення кожної групи поєднані зі своїм індивідуальним блоком завдання режиму. Новим у пристрої, який заявляється, у порівнянні з прототипом є те, що з метою підвищення надійності та зменшення вартості пристрою при паралельному з'єднанні інверторних джерел живлення, їх виходи з'єднані безпосередньо на зварювальній дузі, а живлення загального блока завдання режиму здійснюється від ланцюга керування кожного джерела живлення, що забезпечує нормально функціонування всієї системи у разі аварійного вимкнення одного або декількох джерел живлення. Діодна розв'язка входа живлення загального блока завдання режиму необхідна для усунення впливу один на одного ланцюгів керування окремих джерел живлення. Збільшення потужності і підвищення надійності досягається також за рахунок використання однофазних малопотужних серійних інверторних зварювальних джерел живлення. Розроблена схемотехніка дозволяє використовувати однофазні інверторні зварювальні джерела із живленням як від фазової напруги мережі, так і від лінійної напруги (послідовні з'єднання по вхідній напрузі), а також від трьохфазної напруги мережі (об'єднання в групу). При застосуванні нового пристрою для живлення користувача, який потребує завищеної напруги (наприклад, повітряно-плазмова дуга), виходи використаних джерел живлення з'єднуються послідовно або паралельно-послідовно. Крім того, використані у пристрої джерела живлення мають однаковий статус (немає головних і підпорядкованих як у прототипі) , і забезпечується гарантоване живлення загального блока завдання режиму при вимкненні одного або декількох джерел живлення. Таким чином збільшується надійність усієї системи. Корисна модель ілюстрована кресленнями: На Фіг.1 показана структурна схема пристрою з багатьма паралельно з'єднаними джерелами живлення; на Фіг.2 схема пристрою з двома інверторними джерелами живлення, з'єднаними послідовно на вході і паралельно на виході; на Фіг.3 схема пристрою, що містить групу паралельнопослідовно з'єднаних інверторних джерел живлення; на Фіг.4 аналогічна схема, яка містить дві групи джерел живлення, з'єднаних паралельно на вході і послідовно на виході. 5 Пристрій, який заявляється, має (Фіг.1) багато інверторних зварювальних джерел живлення 2, силові частини 3 з власними блоками керування 4, охопленими внутрішніми зворотніми зв'язками 5 та із загальним блоком завдання режиму 6. Джерела живлення 2 з'єднані паралельно як по вхідній (Uвx.), так і по вихідній напрузі (Uвиx.), що живить зварювальну дугу 1. Вихід 7 загального блока завдання режиму б під'єднаний безпосередньо до входів кожного блоку керування 4, а вхід 8 живлення загального блока завдання режиму б під'єднаний через розв'язуючі діоди 10 до виводів 9 живлення кожного блока керування. Якщо в ланцюгу навантаження потребується порівняно невеликі струми при високих напругах (повітряно-плазмова дуга), виходи джерел живлення з'єднуються послідовно. У якості джерел живлення в заявленому пристрої можуть бути використані серійні інверторні зварювальні джерела живлення як однофазні, так і трьохфазні. Загальний блок завдання режиму 6 призначений для завдання величини зварювального струму або напруги. Для завдання необхідної напруги уставки (Uуст.) використовується потенціометр (на схемі не вказано) за аналогової форми сигнала і тактові кнопки за цифрової форми. При використанні у пристрої однофазних інверторних джерел живлення (ринок зварювального обладнання заповнений саме такими джерелами живлення на струми 160-200А з живленням від мережі 220В, як зарубіжних, так і вітчизняних виробників) пропонується схема (Фіг.2) для живлення пристрою від лінійної напруги (380В) мережі. У даному випадку пристрій 11 містить два джерела живлення 2, входи яких з'єднані послідовно по вхідній напрузі, а виходи - паралельно - для збільшення зварювального струму або послідовно для збільшення вихідної напруги. Схема на Фіг.3 розрахована на роботу від трьохфазної мережі. У цьому випадку три пристрої 11 об'єднані у групу 12, входи яких під'єднані до відповідного лінійного провода (L1, L2, L3) трьохфазної мережі. Виходи можуть з'єднуватися як паралельно, так і послідовно. Схема на Фіг.4 містить не менше двох трьохфазних груп 12, виходи яких з'єднані послідовно, 45715 6 при цьому усі групи керуються від одного загального блока завдання режиму б. Застосування цієї схеми доцільно для створення устаткування повітряно-плазмової різки великої потужності, де для живлення плазмової дуги потребуються великі струми при високій напрузі. Для зменшення коефіцієнта пульсування при регулюванні вихідної напруги в широкому діапазоні (наприклад, при живленні зварювальної дуги під флюсом або в захисних газах) використовують окремі блоки завдання режиму для груп і застосовують почергове керування групами. Кожна з груп забезпечує на виході напругу в діапазоні 0-0,5 (схема з двох груп) максимальної вихідної напруги, тобто при регулюванні напруги від нуля до половини максимального використовується одна група, а від половини максимального до максимального інша. Пристрій працює таким чином: при подачі напруги мережі (Фіг.1) на інверторні джерела живлення 2 необхідна напруга подається на блоки керування 4 та загальний блок завдання режиму 6 через діоди 10. Блоки керування формує імпульси для роботи силових частин 3, при цьому джерела живлення перетворюють енергію мережі в технічні параметри струму, необхідні для зварки. Але вирішальним для вибору запропонованих схем є використання по струму або напруги, що знаходяться у розпорядженні розробника джерел живлення. При цьому економічний ефект особливо відчутний у разі використання однофазних інверторних джерел живлення на струми 160-200А, вартість яких у 2,5-3 рази менша у порівнянні з трьохфазними на струми 300-500А. Перевагою таких систем, окрім можливості поступового збільшення потужності за рахунок паралельного з'єднання однотипових джерел живлення, є також спрощення резервування при порівняно невеликих додаткових витратах. Якщо у складі пристрою є резервні джерела живлення, то з метою підвищення ККД їх потрібно під'єднати паралельно на весь час роботи ("гарячий" резерв). Збільшення кількості джерел живлення у пристрої компенсується підвищенням надійності, безперебійною і довготривалою роботою приладу. 7 45715 8 9 Комп’ютерна верстка О. Рябко 45715 Підписне 10 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