Зварювальне джерело живлення постійного струму (варіанти)

1. Зварювальне джерело живлення постійного струму, до складу якого входять зварювальний знижувальний трансформатор, первинна обмотка якого підключена до мережі живлення; один з виводів вторинної обмотки зварювального трансформатора підключений до одного з АС входів мостового випрямляча напруги, один з DC виходів мостового випрямляча підключений до першого входу зварювального проміжку, та блок, що складається з двох конденсаторів, два виводи яких підключені до DC виходів мостового випрямляча, яке відрізняється тим, що до його складу введені ємнісний накопичувач, вхід якого підключений до другого ви ходу вторинної обмотки зварювального трансформатора, а вихід - до др угого АС входу мостового випрямляча напруги, два індуктивні накопичувачі, перші виводи яких підключені відповідно до других ви ходів конденсаторів, а другі ви C2 2 (11) 1 3 85260 4 живлення зварювальної дуги. [А.с. CPCP Причиною вищевказаних недоліків є, по№1639907 А1, МПК7:В23К9/09, опубл. 07.04.91, перше, відсутність в зварювальному колі конструкБюл. №13]. тивних елементів, здатних згладжувати коливання При підключенні цього джерела до мережі жизварювального струму, які знижують якість зварювлення на його виходах встановлюється напруга вання (формування зварювальних швів). По-друге, холостого ходу, величина якої вдвічі перевищує зовнішня вольт-амперна характеристика блоку напругу, яка встановилась на одній з двох обмоконденсаторів не відповідає вольт-амперній хараток. Завдяки цій напрузі відбувається початковий ктеристиці дуги в режимі підпалу. Блок конденсата повторні підпали дуги. З початком процесу зваторів безпосередньо підключений до зварювальрювання опір зварювального проміжку зменшуєтьного проміжку і в моменти, коли опір ся і на виходах джерела встановлюється напруга зварювального проміжку зменшується (а це є хагоріння дуги, яка забезпечується струмом двопіврактерним для початку процесу зварювання та періодного випрямляча. Останній працює до тих моментів повторного підпалу дуги), величина пір, доки існує дуга. При зникненні дуги процес струму розряду конденсаторів спадає надто швидзварювання переривається і на входах зварювако для того, щоб іскра, що виникає між деталлю та льного проміжку знову встановлюється напруга електродом в режимі початку процесу зварювання, холостого ходу. До недоліків джерела живлення могла б розвинутись в повноцінну електричну дугу. необхідно віднести складність конструкції та неСаме це призводить до зниження стабільності підекономні витрати напівпровідникових елементів. палу дуги на початку зварювального процесу. З Найближчим аналогом винаходу, що пропонуіншого боку, в початковий момент розряду конденється, прийняте зварювальне джерело живлення саторів швидкість наростання величини струму постійного струму, до складу якого входять зварюзначно перевищує рівень, який необхідний для вальний понижуючий трансформатор, первинна повторного підпалу дуги , що приводить до підвиобмотка якого підключена до мережі живлення; щення розбризкування в режимі повторного підпаодин з виводів вторинної обмотки зварювального лу дуги. По-третє, низький рівень електричної безтрансформатора підключений до одного з АС вхопеки в режимі холостого ходу пов'язаний з тим, що дів мостового випрямляча напруги, один з DC випри мінімально допустимій напрузі на виході втоходів мостового випрямляча підключений до перринної обмотки зварювального трансформатора, шого входу зварювального проміжку та блок, що яка здатна забезпечувати якісне зварювання, прискладається з двох конденсаторів, два виводи близно 40В (AC ефект), напруга холостого ходу яких підключені до DC виходів мостового випрямперевищує максимально допустиму (безпечну) ляча [А.с. CPCP №1076227, МПК7:В23K9/06, напругу (згідно ДСТ напруга холостого ходу не опубл. в Бюл. №8, 1984р.]. повинна перевищува ти 100В DC). Причиною низьПри підключенні цього джерела до мережі жикої енергетичної ефективності є те, що опір зварювлення напруга з виходів вторинної обмотки надвального кола, до складу якого входять зварюваходить на AC входи мостового випрямляча напрульний понижуючий трансформатор, мостовий ги, в перший півперіод змінного струму з виходу випрямляч напруги та зварювальний проміжок, вторинної обмотки через одне плече мостового має індуктивний характер, що збільшує реактивну випрямляча заряджається один з конденсаторів до складову потужності джерела (знижується коефівеличини амплітудного значення напруги з виходу цієнт потужності, який ще називають косинус j). вторинної обмотки; під час другого півперіоду заВ основу першого варіанту винаходу поставряджається другий конденсатор до тієї ж величини лена задача підвищення якості зварювання, понапруги. Таким чином, на входах зварювального ліпшення стабільності підпалу дуги, зниження розпроміжку встановлюється напруга холостого ходу, бризкування, підвищення енергетичної величина якої в 2.8 рази перевищує е фективне ефективності під час зварювання та рівня електзначення напруги на AC входа х мостового випряричної безпеки в режимі холостого ходу в зварюмляча. Ця напруга використовується в якості навальному джерелі живлення постійного струму пруги підпалу електричної дуги. Процес зварюваншляхом удосконалення його конструктивного виня починається з моменту виникнення електричної конання, зокрема, оснащення джерела одним ємдуги в зварювальному проміжку та продовжується нісним і двома індуктивними накопичувачами та до тих пір, поки існує дуга. Через те, що величина оптимізації зв'язків основних функціональних елезварювального струму значно перевищує величиментів, що входять до складу зварювального джену стр уму підпалу дуги, блок конденсаторів не рела, в результаті чого забезпечується згладжувстигає накопичити необхідний заряд, який забезвання коливань зварювального струму, в режимі печує напругу холостого ходу при умові відсутності підпалу дуги досягається узгодження вольтелектричної дуги в зварювального проміжку. При амперних характеристик блоку конденсаторів і зникненні останньої процес зварювання переривадуги, забезпечується адекватність швидкості нається і на входах зварювального проміжку знову ростання величини струму в початковий момент встановлюється напруга холостого ходу. розряду конденсаторів та швидкості, потрібної для Недоліком цього зварювального джерела жиповторного підпалу дуги, змінюється характер влення є низька якість зварювання, низька стабіопору зварювального кола з індуктивного на індукльність підпалу дуги, підвищене розбризкування, тивно-ємнісний, і тим самим забезпечується майнизька енергетична ефективність та низький ріже повна компенсація реактивної складової в повень електричної безпеки в режимі холостого хотужності джерела. ду. В основу др угого варіанту винаходу поставлена задача підвищення якості зварювання, поліп 5 85260 6 шення стабільності підпалу дуги, зниження розтрансформатора, а вихід - до др угого AC входу бризкування, підвищення енергетичної ефективмостового випрямляча напруги, два індуктивні ності під час зварювання та рівня електричної безнакопичувачі, перші виводи яких підключені відпопеки в режимі холостого ходу зварювального відно до других ви ходів конденсаторів, а другі виджерела живлення постійного струму шля хом удоводи підключені до одного з виводів ключа, при сконалення його конструктивного виконання, зокцьому другий вивід ключа підключений до одного з рема, оснащення джерела одним ємнісним і двома AC входів мостового випрямляча, а управляючий індуктивними накопичувачами та оптимізації зв'язвхід підключений до виходу блоку узгодження, вхід ків основних функціональних елементів, що вхоякого підключений до виходу ємнісного накопичудять до складу зварювального джерела, а також вача. використання ємнісного накопичувана в якості даЗазначений вище технічний результат, що затчика струму, в результаті чого джерело живлення безпечується в процесі роботи запропонованих конструктивно спрощується, забезпечується згладвох варіантів зварювального джерела живлення, джування коливань зварювального струму, в реобумовлений ознаками, які відрізняють обидва жимі підпалу дуги досягається узгодження вольтпристрої від ознак подібних зварювальних джерел, амперних характеристик блоку конденсаторів і описаних згідно відомого рівня техніки, зокрема, дуги, забезпечується адекватність швидкості наописаних у винаході, прийнятому за прототип. ростання величини струму в початковий момент Другий варіант пристрою, забезпечуючи той же розряду конденсаторів і швидкості, потрібної для технічний результат, що і перший, має дещо повторного підпалу дуги, змінюється характер спрощену схему конструктивного виконання. опору зварювального кола з індуктивного на індукВведення до складу зварювального джерела тивно-ємнісний, і тим самим забезпечується майємнісного накопичувача (конденсатора) забезпеже повна компенсація реактивної складової в почує згладжування коливань зварювального струтужності джерела. му, які можуть виникати в зварювальному колі з Поставлена задача вирішується тим, що до різних причин, наприклад, за рахунок випадкової зварювального джерела живлення постійного або періодичної зміни довжини дуги, яка може виструму, до складу якого входять зварювальний никати при переміщенні зварювальної ванни та ін. понижуючий трансформатор, первинна обмотка Завдяки присутності ємнісного накопичувача короякого підключена до мережі живлення; один з виткочасне переривання дуги не приводить до розводів вторинної обмотки зварювального трансфомикання ключа (до складу блока узгодження вхорматора підключений до одного з AC входів мосдять елементи затримки), і в такі моменти на тового випрямляча напруги, один з DC виходів входа х зварювального проміжку встановлюється мостового випрямляча підключений до першого напруга, величина якої в 2.8 раз перевищує напрувходу зварювального проміжку та блок, що склагу на AC входах мостового випрямляча напруги, дається з двох конденсаторів, два виводи яких що повторно підпалює дугу в зварювальному пропідключені до DC виходів мостового випрямляча, міжку. Більш тривале переривання дуги призвозгідно до першого варіанту запропонованого винадить до розмикання ключа і зварювальне джерело ходу, введені ємнісний накопичувач, вхід якого живлення постійного струму переходить до початпідключений до другого ви ходу вторинної обмотки кового стану, при якому на входах зварювального зварювального трансформатора, а вихід - до друпроміжку встановлюється напруга холостого ходу гого AC входу мостового випрямляча напруги, два (величина якої в 1.4 рази перевищує ефективну індуктивні накопичувачі, перші виводи яких підвеличину напруги на AC входах мостового випряключені відповідно до других ви ходів конденсатомляча напруги). рів, а другі виводи підключені до одного з виводів Як було сказано вище, у відомому пристрої ключа, при цьому другий вивід ключа підключений блок конденсаторів підключений безпосередньо до одного з AC входів мостового випрямляча, а до зварювального проміжку, що є причиною зниуправляючий вхід підключений до виходу блоку ження стабільності процесу підпалу дуги на початузгодження, вхід якого підключений до виходу датку процесу зварювання. В моменти, коли опір звачика струму, який включений між другим DC вихорювального проміжку зменшується, розрядний дом мостового випрямляча та другим входом зваструм конденсаторів спадає настільки швидко, що рювального проміжку. іскра, яка виникає між деталлю та електродом на Поставлена задача вирішується також тим, що початковому етапі зварювального процесу, не до зварювального джерела живлення постійного спроможна розвинутись в повноцінну електричну струму, до складу якого входять зварювальний дугу. Підключення конденсаторів через індуктивні понижуючий трансформатор, первинна обмотка накопичувачі (дроселі), як це пропонується у винаякого підключена до мережі живлення; один з виході, усуває цей недолік - стабільність підпалу сутводів вторинної обмотки зварювального трансфотєво підвищується, коливання зварювального рматора підключений до одного з AC входів мосструму згладжуються, завдяки чому підвищується тового випрямляча напруги, один з DC виходів якість зварювального процесу і покращується фомостового випрямляча підключений до першого рмування швів. Так само індуктивні накопичувачі входу зварювального проміжку та блок, що скла"стримують" швидкість наростання струму в початдається з двох конденсаторів, два виводи, яких ковий момент розряду конденсаторів, коли велипідключені до DC виходів мостового випрямляча, чина цього струму може перевищити рівень, необзгідно до другого варіанту винаходу, введені ємніхідний для повторного підпалу дуги і ста ти сний накопичувач, вхід якого підключений до друпричиною підвищеного розбризкування в режимі гого виходу вторинної обмотки зварювального повторного підпалу. 7 85260 8 Таким чином, у порівнянні з відомим джеренакопичувачів 10, 11 (дроселів), другі виводи яких лом-прототипом зварювальне джерело живлення підключені до одного з виводів ключа 12, другий постійного струму при постійній величині напруги вивід якого підключений до одного з AC входів на виході вторинної обмотки функціонує в двох мостового випрямляча 5, а управляючий вхід підрізних режимах в залежності від характеру процеключений до виходу блоку узгодження 13, вхід сів зварювального проміжку: режим високої напруякого підключений до виходу датчика струму 14, ги при малих величинах стр уму (режим підпалу який включений між другим DC виходом мостового дуги) та режим зварювання, який характеризуєтьвипрямляча 5 та другим входом зварювального ся низькою напругою та значною величиною струпроміжку 7. му при зварюванні. При цьому в першому режимі Функціональна схема другого варіанту зварюіндуктивні накопичувачі обмежують швидкість спавального джерела живлення постійного струму, дання струму підпалу дуги, що дозволяє (при празображена на Фіг.2, відрізняється від функціонавильному виборі параметрів) досягти підвищення льної схеми першого варіанту тим, що вхід блоку стабільності підпалу дуги на початку зварювання узгодження 13 підключений безпосередньо до вита зменшити розбризкування при повторних підпаходу ємнісного накопичувача (конденсатора) 6, лах дуги. У другому режимі коливання зварювальякий відіграє роль датчика струму. ного струму згладжує ємнісний накопичувач (конПри такій формі підключення в процесі роботи денсатор), що підвищує якість зварювання. пристрою має місце такий же технічний результат, Введення ємнісного накопичувача (конденсатора) що і при роботі пристрою, представленому у перзмінює характер опору зварювального кола, до шому варіанті даного технічного рішення, але складу якого входять зварювальний понижуючий конструктивно другий варіант є набагато простітрансформатор, мостовий випрямляч напруги, шим. Забезпечення ідентичності технічних резульємнісний накопичувач (конденсатор) та зварювататів обумовлене відомою з галузі енергетики інльний проміжок, з індуктивного на індуктивноформацією щодо того, що електрична ємність в ємнісний. Такий характер опору зварювального колі змінного струму є лінійним (тобто таким, що кола при відповідному виборі величин ємності та не залежить від величини змінного струму в елекіндуктивності (за умови резонансу в зварювальнотричному полі) реактивним елементом опору. При му колі) дозволяє досягти практично повної компротіканні змінного струму в такому електричному пенсації реактивної складової в потужності джереколі на виводах ємності з'являється напруга (різниця потенціалів), величина якої пропорційна вела (величина коефіцієнту потужності або косинус j личині змінного струму. Таким чином, вищенавенаближається в режимі зварювання до 0,98). Надене доводить можливість використання ємнісного явність ключа, стан якого визначається наявністю струму в зварювальному колі, приводить до знинакопичувача в якості датчика змінного струму. Представлене на Фіг.2 зварювальне джерело ження рівня електричної безпеки в режимі холосживлення постійного струму містить зварювальний того ходу (напруга холостого ходу при напрузі на понижуючий трансформатор 1 з первинною обмовиході вторинної обмотки 40В складає 56В, що в ткою 2 та вторинною обмоткою 3, причому обмот1,8 разів нижче напруги холостого ходу, яка встановлена згідно ДСТ). ка 2 підключена до мережі змінного струму 4. Перший вихід вторинної обмотки 3 підключений до Додатковою перевагою запропонованого звапершого входу мостового випрямляча напруги 5 рювального джерела живлення постійного струму (AC вхід), др угий ви хід вторинної обмотки 3 підє те, що індуктивні накопичувачі можуть бути викоключений до одного з виводів ємнісного накопичунані з суттєвим зменшенням витрат міді та магнітних матеріалів. Це пов'язане з тим, що величина вача 6 (конденсатора) другий вивід якого підключений до другого AC входу мостового випрямляча струму підпалу в 10-20 разів менша, ніж величина напруги 5. Один з DC виходів мостового випрямзварювального струму, а тривалість підпалу дуги в ляча 5 підключений до першого входу зварювальсотні разів нижча, ніж тривалість зварювання. ного проміжку 7. Перші виводи двох конденсаторів Винахід пояснюють креслення, де на Фіг.1 та 2 зображені два варіанти функціональних схем зва8, 9 підключені до DC виходів мостового випрямляча 5. Другі виводи конденсаторів 8, 9 підключені рювального джерела живлення постійного струму. відповідно до перших виводів двох індуктивних Перший варіант зварювального джерела живнакопичувачів 10, 11 (дроселів) другі виводи яких лення постійного струму (Фіг.1) містить зварювавиводи підключені до одного з виводів ключа 12 льний понижуючий трансформатор 1 з первинною обмоткою 2 та вторинною обмоткою 3, причому другий вивід якого підключений до одного з AC входів мостового випрямляча 5, а управляючий обмотка 2 підключена до мережі змінного струму вхід підключений до виходу блоку узгодження 13 4. Перший вихід вторинної обмотки 3 підключений вхід якого підключений до виходу ємнісного накодо першого входу мостового випрямляча напруги пичувача 6. 5 (AC вхід), другий вихід вторинної обмотки 3 підключений до одного з виводів ємнісного накопичуОбидва варіанти запропонованого зварювального джерела живлення постійного струму працювача 6 (конденсатора), другий вивід якого підклюють наступним чином: чений до другого AC входу мостового випрямляча При підключенні джерела живлення до мережі напруги 5. Один з DC виходів мостового випрямживлення 4 на входах зварювального проміжку 7 ляча 5 підключений до першого входу зварювального проміжку 7. Перші виводи двох конденсаторів встановлюється напруга холостого ходу, величина якої в 1.4 рази перевищує е фективну величину 8, 9 підключені до DC виходів мостового випрямнапруги на AC входах мостового випрямляча наляча 5. Другі виводи конденсаторів 8, 9 підключені пруги 5. Ця напруга прикладається безпосередньо відповідно до перших виводів двох індуктивних 9 85260 10 до зварювального проміжку 7. З початком процесу що ємнісний накопичувач 6 (конденсатор) зглазварювання, який починається в момент торкання джує коливання зварювального струму, що виништучним електродом зварювальної деталі, в колі кають в зварювальному колі з різних причин (назварювального проміжку 7 буде протікати електприклад, за рахунок випадкової або періодичної ричний струм, незважаючи на те, що ця напруга не зміни довжини дуги, яка може виникати при перездатна здійснити підпал дуги. Датчик струму 14 міщенні зварювальної ванни), короткочасне переразом з блоком узгодження 13 формує сигнал, ривання дуги не приводить до розмикання ключа який спричиняє замикання ключа 12. На входах 12 (до складу блока узгодження 13 входять елезварювального проміжку 7 встановлюється напрументи затримки), і в такі моменти на входах звага, величина якої в 2.8 рази перевищує напругу на рювального проміжку 7 встановлюється напруга, AC входа х мостового випрямляча напруги 5. Ця величина якої в 2.8 раз перевищує напругу на AC напруга спричиняє підпал дуги. Швидкість спаданвхода х мостового випрямляча напруги 5, що поня величини струму підпалу дуги в момент підпалу вторно підпалює дугу зварювального проміжку 7, дуги обмежується першим та другим індуктивними причому швидкість зростання величини струму накопичувачами 10, 11. З початком процесу звапідпалу дуги в моменти повторного підпалу дуги рювання, коли в зварювальному проміжку 7 виниобмежується першим та другим індуктивними накає стійка електрична дуга, на входах зварювалькопичувачами 10, 11. Більш тривале переривання ного проміжку 7 встановлюється напруга горіння дуги приводить до розмикання ключа 12 і зварюдуги. Через те, що величина зварювального струвальне джерело живлення постійного струму пему значно перевищує величину стр уму підпалу реходить до початкового стану, при якому на входуги, блок конденсаторів 8, 9 не встигає (протягом дах зварювального проміжку 7 встановлюється півперіодів змінного струму промислової частоти) напруга холостого ходу (величина якої в 1.4 рази накопичити необхідний заряд, який забезпечує перевищує ефективну величину напруги на AC напругу холостого ходу при умові відсутності елеквхода х мостового випрямляча напруги 5). тричної дуги зварювального проміжку 7. Через те, 11 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 85260 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601