RU2224628C1 - Welding converter used for welding by means of non-melting electrode - Google Patents

Abstract

FIELD: making non-detachable joints of two or more metallic members, namely electric arc welding, possibly used in machine engineering, building, at restoration works. SUBSTANCE: converter includes bipolar transistor with insulated gate, power saving choke, inverse diode, latching circuit and control unit. The last includes comparator for comparing signal of regulator setting welding current with feedback control signal. Converter also includes pulse width modulator, resistor and capacitor. EFFECT: increased operational resource, enhanced quality of welded joints. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области создания неразъемного соединения двух и более металлических элементов, а именно электродуговой сварки, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и строительстве, а также при производстве ремонтных работ. The invention relates to the field of creating an integral connection of two or more metal elements, namely, electric arc welding, and can be used in mechanical engineering, shipbuilding and construction, as well as in the manufacture of repair work.

Известно устройство для регулирования сварочного тока (SU, авторское свидетельство 1206032 В 23 К 9/10, 1986). Известное устройство содержит дроссель, тиристор-прерыватель и коммутирующую ячейку, состоящую из параллельно собранных коммутирующих конденсаторов, коммутирующих тиристоров и обратных диодов. Блок управления тиристорами содержит индикатор, регистр, блок ввода, преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный, задающий генератор, n+1 элементов И, формирователь управляющих импульсов и формирователь коммутирующих импульсов. A device for regulating welding current (SU, copyright certificate 1206032 V 23 K 9/10, 1986). The known device contains a choke, a thyristor chopper and a switching cell, consisting of parallel assembled switching capacitors, switching thyristors and reverse diodes. The thyristor control unit contains an indicator, a register, an input unit, a binary-decimal to binary converter, a master oscillator, n + 1 AND elements, a control pulse shaper, and a switching pulse shaper.

Известное устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения в блок управления тиристорами посредством блока ввода задают требуемый ток, который поступает в регистр и высвечивается на индикаторе. Из регистра код поступает в преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный, где происходит перевод кода в двоичный, который и поступает на элементы И. Формирователь управляющих импульсов формирует импульсы, включающие тиристор-прерыватель. При его включении ток проходит в нагрузку, и конденсаторы начинают заряжаться в полярности, запирающей тиристор-прерыватель. Формирователь коммутирующих импульсов формирует импульсы, поступающие на управляющие электроды коммутирующих тиристоров. При включении нужного количества коммутирующих тиристоров величина коммутирующей емкости изменяется в зависимости от того, сколько ячеек включено. Поэтому при разрядке коммутирующих конденсаторов ток, протекающий через дроссель, равен сумме токов включенных ячеек. Таким образом, задавая необходимый ток посредством использования блока ввода, импульсы с формирователя коммутирующих импульсов дают команды на включение той или иной коммутирующей ячейки. The known device operates as follows. When the supply voltage is supplied to the thyristor control unit by means of the input unit, the required current is set, which enters the register and is displayed on the indicator. From the register, the code enters the binary-decimal to binary converter, where the code is converted to binary, which is fed to the elements I. The control pulse shaper generates pulses that include the thyristor chopper. When it is turned on, the current passes into the load, and the capacitors begin to charge in the polarity, which closes the thyristor-chopper. The commutator of the switching pulses generates pulses arriving at the control electrodes of the switching thyristors. When you turn on the right number of switching thyristors, the value of the switching capacitance changes depending on how many cells are on. Therefore, when discharging switching capacitors, the current flowing through the inductor is equal to the sum of the currents of the switched on cells. Thus, setting the required current by using the input unit, the pulses from the commutator of the switching pulses give commands to turn on one or another switching cell.

Недостатком известного устройства следует признать его сложность, приводящую к малому периоду времени работы между отказами устройства. A disadvantage of the known device should be recognized as its complexity, leading to a short period of time between device failures.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в разработке малогабаритного устройства с повышенным ресурсом безотказной работы. The technical problem solved by the present invention is to develop a small-sized device with an increased uptime resource.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого сварочного преобразователя, состоит в облегчении работы сварщика, особенного в неудобных условиях работы при повышении качества сварного соединения. The technical result obtained by the implementation of the proposed welding transducer is to facilitate the work of the welder, especially in uncomfortable working conditions while improving the quality of the welded joint.

Указанный технический результат достигается использованием сварочного преобразователя, содержащего ключевой элемент, дроссель и обратный диод. В качестве ключевого элемента использован биполярный транзистор с изолированным затвором. Дроссель выполнен энергозапасающим, причем его магнитопровод выполнен из материала "Гаммамет". Преобразователь дополнительно содержит фиксирующую цепь, содержащую обратный диод, резистор и конденсатор, а также блок управления, состоящий из схемы сравнения сигнала регулятора задания сварочного тока с сигналом обратной связи, поступающего от датчика тока, установленного в выходной цепи сварочного преобразователя, широтно-импульсного модулятора, выполненного с возможностью приема сигнала рассогласования, выделяемого схемой сравнения, управляющего указанным биполярным транзистором с изолированным затвором, подключенным с возможностью регулирования количества энергии, поступающего в энергозапасающий дроссель и затем на выход сварочного преобразователя, при этом вход преобразователя подключен к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, один из выводов энергозапасающего дросселя подключен к эмиттеру, а второй вывод заземлен, катод диода, являющегося элементом фиксирующей цепи, подключен к эмиттеру биполярного транзистора с изолированным затвором, а параллельно включенные резистор и конденсатор подключены с одной стороны к аноду диода и посредством датчика тока к выходу преобразователя и к выводу заземления. The specified technical result is achieved using a welding transducer containing a key element, a choke and a reverse diode. An insulated gate bipolar transistor is used as a key element. The throttle is made energy-saving, and its magnetic circuit is made of Gammamet material. The converter further comprises a fixing circuit comprising a reverse diode, a resistor and a capacitor, as well as a control unit consisting of a circuit for comparing the signal of the welding current setting controller with a feedback signal from a current sensor installed in the output circuit of the welding converter, a pulse-width modulator, made with the possibility of receiving a mismatch signal emitted by the comparison circuit, controlling the specified bipolar transistor with an insulated gate connected with the possibility the ability to control the amount of energy entering the energy-saving inductor and then to the output of the welding transducer, while the input of the converter is connected to the collector of a bipolar transistor with an insulated gate, one of the terminals of the energy-saving inductor is connected to the emitter, and the second terminal is grounded, the cathode of the diode, which is an element of the fixing circuit is connected to the emitter of an insulated gate bipolar transistor, and a parallel-connected resistor and capacitor are connected on one side to the anode of the diode and by means of a current sensor to the output of the converter and to the ground terminal.

На чертеже приведена схема предложенного устройства. The drawing shows a diagram of the proposed device.

На схеме приняты следующие обозначения: биполярный транзистор с изолированным затвором 1, энергозапасающий дроссель 2, обратный диод 3, фиксирующая цепь 4, схема управления 5. The following notation is used in the diagram: a bipolar transistor with an insulated gate 1, an energy-saving choke 2, a reverse diode 3, a fixing circuit 4, a control circuit 5.

Заявленное устройство работает следующим образом. The claimed device operates as follows.

Цикл работы преобразователя состоит из двух этапов: фазы накачки энергии и фазы передачи ее в нагрузку. The converter operation cycle consists of two stages: the phase of pumping energy and the phase of transferring it to the load.

На стадии накачки транзистор открыт, обратный диод заперт напряжением U_п, ток заряда дросселя i₃ нарастает по линейному закону:

где U_п - напряжение питания;
t₃ - время импульса заряда дросселя;
L - индуктивность дросселя;
γ - скважность импульсов тока, являющаяся отношением

где t_п - время паузы между импульсами;
f - частота импульсов.At the pumping stage, the transistor is open, the reverse diode is locked with a voltage U _p , the charge current of the inductor i ₃ increases according to a linear law:

where U _p - voltage;
t ₃ is the throttle charge pulse time;
L is the inductance of the inductor;
γ - duty cycle of current pulses, which is the ratio

where t _p - pause time between pulses;
f is the pulse frequency.

При фазе передачи энергии в нагрузку происходит запирание транзистора, при этом происходит прекращение подачи зарядного тока, но благодаря явлению самоиндукции дроссель стремится поддержать значение тока через свою обмотку, поэтому ток разряда i_p поступает на нагрузку через открывшийся диод VD. Ток спадает по линейному закону

.During the phase of energy transfer to the load, the transistor is blocked, and the charging current is cut off, but due to the self-induction phenomenon, the inductor tends to maintain the current value through its winding, therefore, the discharge current i _p enters the load through the open diode VD. The current decreases linearly

.

Знак "-" в формуле говорит, что полярность напряжения на нагрузке обратна полярности напряжения питания. The "-" sign in the formula says that the polarity of the voltage across the load is the opposite of the polarity of the supply voltage.

Приравняв значения зарядного и разрядного токов в точке перехода, определяют регулировочную характеристику инвертирующего преобразователя. By equating the values of the charging and discharge currents at the transition point, the adjustment characteristic of the inverting converter is determined.

При γ<0,5 инвертирующий преобразователь работает с пониженным напряжением, при γ>0,5 - с повышением.

With γ <0.5, the inverting converter operates with a reduced voltage, with γ> 0.5 - with an increase.

При использовании инвертирующего преобразователя в качестве сварочного источника тока значение γ не должно превышать 0,5. When using an inverting converter as a welding current source, the value of γ should not exceed 0.5.

Стремление индуктивного элемента (дросселя) сохранить величину тока через себя создает выброс напряжения на его выводах:

где е_L - эдс самоиндукции;

- скорость изменения тока.The desire of the inductive element (inductor) to maintain the value of the current through itself creates a voltage surge at its terminals:

where e _L is the emf of self-induction;

- rate of change of current.

Отсюда ясно, что при увеличении скорости размыкания ключа возрастает значение напряжения на дросселе, стремящееся теоретически к бесконечности, но реально достигающих нескольких тысяч вольт. From this it is clear that with an increase in the key opening speed, the voltage on the inductor increases, which theoretically tends to infinity, but actually reaches several thousand volts.

Для ограничения индуктивного выброса напряжения при размыкании ключа, способного вывести из строя транзистор, применимы различные схемотехнические решения, но для конкретного использовании преобразователя в качестве сварочного источника тока наиболее удобна так называемая "фиксирующая" цепь, состоящая из диода, резистора и конденсатора. Various circuit solutions are applicable to limit the inductive voltage surge when the key is opened that can damage the transistor, but for the specific use of the converter as a welding current source, the so-called "fixing" circuit, consisting of a diode, resistor, and capacitor, is most convenient.

Номиналы элементов R и С рассчитывают по формуле:

Работа фиксирующей цепи состоит в следующем: резистор R обеспечивает линейный ток разряда дросселя в случае обрыва нагрузки. Конденсатор С поглощает часть энергии выброса дросселя, ограничивая чрезмерное увеличение напряжения на его выводах. Во время фазы накачки энергии конденсатор С разряжается через резистор R и к моменту фазы передачи энергии в нагрузку готов вновь воспринять излишек энергии дросселя.The values of the elements R and C are calculated by the formula:

The operation of the clamping circuit is as follows: the resistor R provides a linear current for the discharge of the inductor in the event of an open circuit. Capacitor C absorbs part of the throttle emission energy, limiting the excessive increase in voltage at its terminals. During the energy pumping phase, the capacitor C is discharged through the resistor R, and by the time the energy is transferred to the load, it is ready to absorb the excess energy of the inductor again.

При использовании схемы непосредственного преобразователя постоянного тока инвертирующего типа в качестве источника сварочного тока транзистор должен коммутировать ток в несколько сотен ампер. When using the inverting direct type direct current converter circuit as a welding current source, the transistor must switch a current of several hundred amperes.

При проведении сварочных работ предлагаемое устройство работает следующим образом. Схема управления сварочных источников для установок ручной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов должна по технологическим требованиям обеспечить функцию стабилизатора тока, т.е. независимо от длины сварочной дуги и вплоть до короткого замыкания электрода на изделие, выходной сварочный ток должен быть равен заданному. When conducting welding operations, the proposed device operates as follows. The control circuit of welding sources for manual welding with a non-consumable electrode in an inert gas environment must, according to technological requirements, ensure the function of a current stabilizer, i.e. irrespective of the length of the welding arc and up to the short circuit of the electrode on the product, the output welding current must be equal to the set value.

Установка задания сварочного тока производится с пульта управления сварщиком. Setting the welding current task is done from the control panel of the welder.

Настоящий сварочный преобразователь предназначен для подключения к цеховой или стапельной сварочной магистрали напряжением 60-80 В постоянного тока, используемой для питания балластных реостатов, также возможно питание сварочного преобразователя от выпрямителей типов ВДМ, ВКСМ и им подобным, имеющим выходное напряжение 60-80 В и жесткую внешнюю характеристику. This welding converter is designed to connect to a workshop or slipway welding line with a voltage of 60-80 V DC, used to power ballast rheostats, it is also possible to power the welding converter from rectifiers of types VDM, VKSM and the like, having an output voltage of 60-80 V and hard external characteristic.

Claims (1)

Сварочный преобразователь, предназначенный для сварки неплавящимся электродом и содержащий ключевой элемент, дроссель и обратный диод, отличающийся тем, что в качестве ключевого элемента использован биполярный транзистор с изолированным затвором, дроссель выполнен энергозапасающим, причем его магнитопровод выполнен из материала “Гаммамет”, преобразователь дополнительно содержит фиксирующую цепь, содержащую обратный диод, резистор и конденсатор, а также блок управления, состоящий из схемы сравнения сигнала регулятора задания сварочного тока с сигналом обратной связи, поступающего от датчика тока, установленного в выходной цепи сварочного преобразователя, широтно-импульсного модулятора, выполненного с возможностью приема сигнала рассогласования, выделяемого схемой сравнения, управляющего указанным биполярным транзистором с изолированным затвором, подключенным с возможностью регулирования количества энергии, поступающего в энергозапасающий дроссель и затем на выход сварочного преобразователя, при этом вход преобразователя подключен к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, один из выводов энергозапасающего дросселя подключен к эмиттеру, а второй вывод заземлен, катод диода, являющегося элементом фиксирующей цепи, подключен к эмиттеру биполярного транзистора с изолированным затвором, а параллельно включенные резистор и конденсатор подключены с одной стороны к аноду диода и посредством датчика тока к выходу преобразователя и к выводу заземления.A welding transducer designed for welding with a non-consumable electrode and containing a key element, a choke and a reverse diode, characterized in that the bipolar transistor with an insulated gate is used as a key element, the choke is energy-saving, and its magnetic circuit is made of Gammamet material, the converter further comprises a fixing circuit containing a reverse diode, resistor and capacitor, as well as a control unit, consisting of a circuit for comparing the signal of the controller current signal with a feedback signal coming from a current sensor installed in the output circuit of the welding transducer, a pulse-width modulator, configured to receive a mismatch signal emitted by a comparison circuit that controls the specified bipolar transistor with an insulated gate connected to regulate the amount of energy, entering the energy-saving choke and then to the output of the welding transducer, while the input of the converter is connected to the bipolar collector o transistor with an insulated gate, one of the terminals of the energy-saving inductor is connected to the emitter, and the second terminal is grounded, the cathode of the diode, which is an element of the fixing circuit, is connected to the emitter of a bipolar transistor with an insulated gate, and the resistor and capacitor connected in parallel are connected on one side to the anode of the diode and by means of a current sensor to the output of the converter and to the ground terminal.