SU1731502A1 - Welding current regulator - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварке и предназначено , в частности, дл  сварки плавлением на посто нном токе в автоматизированном электросварочном производстве. Цель изобретени  - повышение качества сварных соединений за счет стабилизации капельного переноса металла . Устройство содержит источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока. Его выводы переменного тока соединены с первым трансформатором, который через реактор Изобретение относитс  к сварке, предназначено дл  сварки плавлением на посто нном токе и может быть использовано в автоматизированном электросварочном производстве. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпр мител , систему управлени , конденсатор и последовательно соединенподключен к первому выпр мителю. Отрицательный вывод источника посто нного тока соединен с отрицательным вы водом инвертора напр жени . Отрицательный вывод инвертора тока соединен с полсжитель- ным выводом инвертора напр жени . Выводы переменного тока инвертора напр жени  соединены с вторым трансформа- тором. К выводам второго трансформатора подключен второй выпр митель на тиристорах . Отрицательные выводы выпр мителей объединены и соединены с нагрузкой. Положительные выводы выпр мителей также объединены и соединены с нагрузкой. Второй выпр митель содержит дополнительные диоды, подключенные к отпайкам вторичных полуобмоток второго трансформатора . Ток в инверторе напр жени  регулируетс  путем изменени  входного сопротивлени  инвертора тока. Вольтам- перна  характеристика в области малых токов жестка , а в области рабочих режимов - крутопадающа , что обеспечивает улучшение качества сварных швов. 2 ил. ные инвертор напр жени , второй трансформатор и второй выпр митель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регул тора и с отрицательным выходом первого выпр мител , положительный выход которого соединен с вторым выходом регул тора и с положительным выходом второго выпр мител , отрицательный вывод источника посто нного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напр жени , положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока 1. сл с V4 СО СЛ О ЮThe invention relates to welding and is intended, in particular, for fusion welding in direct current in an automated electric welding industry. The purpose of the invention is to improve the quality of welded joints by stabilizing the drip transfer of metal. The device contains a DC source, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of an autonomous current inverter. Its AC leads are connected to a first transformer, which through a reactor. The invention relates to welding, is intended for fusion welding in direct current and can be used in automated electric welding production. Closest to the present invention is a welding current regulator containing a DC source, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of an autonomous current inverter, the alternating current terminals of which through a transformer and reactor are connected to the AC input of the first rectifier, a control system, a capacitor and serially connected to the first rectifier. The negative lead of the DC source is connected to the negative lead of the voltage inverter. The negative terminal of the current inverter is connected to the half-output terminal of the voltage inverter. The alternating current pins of the voltage inverter are connected to the second transformer. A second thyristor rectifier is connected to the terminals of the second transformer. The negative conclusions of the rectifiers are combined and connected to the load. The positive leads of the rectifiers are also combined and connected to the load. The second rectifier contains additional diodes connected to the pins of the secondary half windings of the second transformer. The current in the voltage inverter is regulated by changing the input resistance of the current inverter. The voltam- pern characteristic in the area of low currents is rigid, and in the area of operating modes it is steeply dipping, which provides an improvement in the quality of welds. 2 Il. voltage inverter, the second transformer and the second rectifier, while the negative output of the latter is connected to the first output of the regulator and to the negative output of the first rectifier, the positive output of which is connected to the second output of the regulator and to the positive output of the second rectifier, negative output DC source is connected to the capacitor plate and the negative terminal of the voltage inverter, the positive terminal of which is connected to another capacitor plate and the negative terminal AV tonomic current inverter 1. cl with V4 CO SL O Yu

Description

Недостатком известного регул тора  вл етс  недостаточна  стабильность сварочного процесса из-за веро тностного характера переноса металла за счет сложного характера каплеобрэзовани , что ухудшает качество сварных соединений.A disadvantage of the known regulator is the lack of stability of the welding process due to the probabilistic nature of metal transfer due to the complex nature of dropleting, which degrades the quality of the welded joints.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварных соединений за счет обеспечени  стабильности переноса металла .The aim of the invention is to improve the quality of welded joints by ensuring the stability of metal transfer.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпр мител , систему управлени , конденсатор и последовательно соединенные инвертор напр жени , второй трансформатор л второй выпр митель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регул тора и с отрицательным выходом первого выпр мител , положительный выход которого соединен с вторым выходом регул тора и с положительным выходом второго выпр мител , отрицательный вывод источника посто нного тока соединен с обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напр жени , положительный вывод которого соединен с другой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока, снабжен дополнительно введенными тиристорами , вторичные обмотки второго трансформатора выполнены с отпайками, при этом катоды тиристоров и диодов второго выпр мител  объединены и соединены с положительным выводом второго выпр мител , аноды тиристоров соединены с выводами вторичных обмоток, а аноды каждого из диодов соединены с одной из отпаек вторичной обмотки второго трансформатора ,The goal is achieved by the welding current regulator containing a direct current source, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of an autonomous current inverter, the alternating current terminals of which through a transformer and reactor are connected to the AC input of the first rectifier, control system, capacitor and a voltage inverter connected in series, a second transformer and a second rectifier, while the negative output of the latter is connected to the first output of the regulator and to the negative The first output of the first rectifier, the positive output of which is connected to the second output of the regulator and the positive output of the second rectifier, the negative lead of the DC source is connected to the capacitor plate and the negative lead of the voltage inverter, the positive lead of which is connected to the other capacitor plate and the negative the output of an autonomous current inverter, provided with additionally inserted thyristors, the secondary windings of the second transformer are made with taps, and the thyristor cathodes and second rectifier diodes are combined and connected to the positive terminal of the second rectifier, the anodes of the thyristors connected to the terminals of the secondary windings, and the anodes of each of diodes connected with one of the taps of the secondary winding of the second transformer,

Предлагаемый регул тор сварочного тока имеет высокую стабильность переноса металла. Это достигаетс  путем выполнени  регул тора сварочного тока, содержащего регулирующий автономный инвертор тока, инвертор напр жени , два трансформатора и два выпр мител , которые работают параллельно на сварочную нагрузку, причем второй выпр митель содержит дополнительно введенные тиристоры, а вторична  обмотка второго трансформатора выполнена с отпайками, при этом катоды тиристоров и катоды диодов второго выпр мител  объединены и соединены с положительным выводом второго выпр мител ,The proposed welding current controller has a high metal transfer stability. This is achieved by making a welding current regulator containing a self-regulating inverter regulating current, a voltage inverter, two transformers and two rectifiers that operate in parallel to the welding load, the second rectifier containing additionally inserted thyristors and the secondary winding of the second transformer with taps , while the thyristor cathodes and the cathodes of the diodes of the second rectifier are combined and connected to the positive output of the second rectifier,

аноды тиристоров соединены с выводами вторичной обмотки, а каждый анод диодов второго выпр мител  соединен с одной из отпаек вторичной обмотки второго транс- Форматора. Ток на выходе регул тора сварочного тока регулируетс  регулирующим инвертором тока на значени х, которые обеспечивают перенос металла крупными капл ми. Первый и второй выпр мители ра0 ботают параллельно на общую нагрузку. До- полнительно введенные тиристоры при подаче управл ющих сигналов от системы управлени  обеспечивают увеличение тока в дуге и перенос металла мелкими капл миthe anodes of the thyristors are connected to the leads of the secondary winding, and each anode of the diodes of the second rectifier is connected to one of the taps of the secondary winding of the second transformer. The current at the output of the welding current regulator is regulated by a regulating current inverter at values that ensure the transfer of metal in large drops. The first and second rectifiers work in parallel on the total load. Additionally, the added thyristors, when applying control signals from the control system, provide an increase in the current in the arc and the transfer of metal in small drops.

5 от электрода к ванне. Во врем  паузы между импульсами происходит расплавление электрода и стабилизаци  объема ванны. Подводима  к ванне энерги  компенсирует потери на отвод тепла в материал издели .5 from the electrode to the bath. During the pause between pulses, the electrode melts and the bath volume stabilizes. The energy supplied to the bath compensates for heat loss in the material of the product.

0 Это обеспечивает стабильность переноса металла и улучшает качество сварных соединений .0 This ensures the stability of metal transfer and improves the quality of welded joints.

На фиг. 1 представлена электрическа  схема регул тора сварочного тока; на фиг. 2FIG. 1 shows the electrical circuit of the welding current controller; in fig. 2

5 - диаграммы мгновенных значений токов и напр жений.5 - charts of instantaneous values of currents and voltages.

Регул тор содержит источник 1 посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводомThe regulator contains a source of direct current 1, the positive terminal of which is connected to the positive terminal

0 посто нного тока инвертора 2 тока. Выводы переменного тока инвертора 2 тока подключены к первичной обмотке трансформатора 3. К вторичной обмотке трансформатора 3 через реактор 4 подключен выпр митель 5.0 dc current inverter 2 current. The AC outputs of the inverter 2 current are connected to the primary winding of the transformer 3. A rectifier 5 is connected to the secondary winding of the transformer 3 through the reactor 4.

5 Положительный вывод инвертора 6 напр жени  подключен к отрицательному выводу инвертора 2 тока. К объединенным выводам инверторов подключен конденсатор 7. Выводы переменного тока инвертора 6 напр 0 жени  соединены с первичной обмоткой второго трансформатора 8, вторична  обмотка которого соединена с входными выво- дами переменного тока второго выпр мител  9. Положительный вывод вы5 пр мител  5 соединен с положительным выводом второго выпр мител  9 и подключен к первому выводу регул тора 10. Отрицательный вывод выпр мител  5 соединен с отрицательным выводом второго выпр ми0 тел  9 и подключен к первому выводу регул тора 10. Отрицательный вывод выпр мител  5 соединен с отрицательным выводом второго выпр мител  9 и подключен к второму выводу регул тора 11 К выво5 дам регул торов 10 и 11 подключена сварочна  нагрузка 12. Тиристоры второго выпр мител  9 подключены анодами к выводам вторичной обмотки трансформатора 8, Диоды второго выпр мител  9 подключены анодами к отпайкам вторичной обмотки5 The positive terminal of the inverter 6 is connected to the negative terminal of the current inverter 2. A capacitor 7 is connected to the combined terminals of the inverters. The AC outputs of the inverter 6 are connected to the primary winding of the second transformer 8, the secondary winding of which is connected to the AC input terminals of the second rectifier 9. The positive terminal of the 5 output 5 is connected to the positive output the second rectifier 9 and connected to the first output of the controller 10. The negative output of the rectifier 5 is connected to the negative output of the second rectifier 9 and connected to the first output of the regulator 10. Negative The output terminal of the rectifier 5 is connected to the negative output of the second rectifier 9 and connected to the second output of the controller 11. The output of the regulators 10 and 11 is connected to the welding load 12. The thyristors of the second rectifier 9 are connected by anodes to the terminals of the secondary winding of the transformer 8, the second diodes rectifier 9 is connected by anodes to the tapes of the secondary winding

трансформатора 8 Коммутационные процессы в инверторе 2 тока определ ет конденсатор 13. Коммутационные процессы в инверторе 6 напр жени  определ ет конденсатор 14. Работа тиристоров инвертора 2 тока, инвертора 6 напр жени  и второго выпр мител  9 определ етс  сигналами системы 15 управлени .transformer 8 The switching processes in the inverter 2 current determines the capacitor 13. The switching processes in the inverter 6 voltage determines the capacitor 14. The operation of the thyristors of the current inverter 2, the inverter 6 voltage and the second rectifier 9 is determined by the signals of the control system 15.

На диаграммах мгновенных значений (фиг.2) обозначены ток i в сварочной нагрузке 16, напр жение UCT на конденсаторе 7 и мнверторе 17 напр жени , ток i диодов второго выпр мител  18, ток i тиристоров второго выпр мител  19.The instantaneous value diagrams (Fig. 2) denote the current i in the welding load 16, the voltage UCT on the capacitor 7 and the voltage inverter 17, the current i of the diodes of the second rectifier 18, the current i of the thyristors of the second rectifier 19.

Регул тор сварочного тока работает следующим образом.The welding current controller operates as follows.

В режиме холостого хода инвертор 2 тока и инвертор 6 напр жени  имеют различные входные сопротивлени . Входное сопротивление инвертора 2 тока имеет малое значение. Сопротивление инвертора 6 напр жени  имеет большое значение. Оно определ етс  большим сопротивлением потерь холостого хода В этом режиме напр жение источника 1 посто нного тока практически полностью приложено к инвер- тору-6 напр жени . Напр жение на сварочной нагрузке 12 в режиме холостого хода определ етс  коэффициентом трансформации второго трансформатора 8 и значением напр жени  источника 1 питани . При по влении нагрузочного тока в цепи сварочной нагрузки 12 увеличиваетс  ток в цепи посто нного тока инвертора 6 напр жени  и ин- вертора 2 тока. С уменьшением сопротивлени  сварочной нагрузки и увеличением тока увеличиваетс  падение напр жени  на входном сопротивлении инвертора 2 тока и увеличиваетс  напр жение на трансформаторе 3 и выпр мителе 5.In idle mode, the current inverter 2 and the voltage inverter 6 have different input resistances. The input resistance of the inverter 2 current has a small value. The resistance of the inverter 6 voltage is of great importance. It is determined by the high resistance of the no-load losses. In this mode, the voltage of the direct current source 1 is almost completely applied to the inverter-6 voltage. The voltage on the welding load 12 at idle is determined by the transformation ratio of the second transformer 8 and the voltage value of the power supply source 1. When a load current appears in the welding load circuit 12, the current in the direct current circuit of the voltage inverter 6 and the current inverter 2 increases. As the resistance of the welding load decreases and the current increases, the voltage drop across the input resistance of the inverter 2 current increases and the voltage across the transformer 3 and rectifier 5 increases.

При критическом значении сопротивлени  сварочной нагрузки напр жени  на выпр мителе 5 будет равно напр жению на выпр мителе 9. Вентили выпр мител  5 будут проводить ток. Инвертор 2 тока перейдет в нагрузочный режим. С увеличением тока в цепи переменного тока инвертора 2 входное сопротивление его увеличиваетс . Увеличиваетс  напр жение на выводах посто нного тока инвертора тока, что приводит к уменьшению напр жени  на выводах выпр мител  9. Нагрузка на инвертор 6 напр жени  уменьшаетс  и увеличиваетс  значение загрузки инвертора 2 тока. В рабочем режиме мощности, передаваемые из цепи посто нного тока инвертором 2 тока и инвертором 6 напр жени , близки по значени м . Конденсатор 7, подключенный к выводам посто нного тока инвертора 6 напр жени , необходим дл  согласовани At a critical value of the resistance of the welding load, the voltage on the rectifier 5 will be equal to the voltage on the rectifier 9. The rectifier valves 5 will conduct current. Inverter 2 current goes into load mode. With increasing current in the AC circuit of inverter 2, its input resistance increases. The voltage on the DC terminals of the current inverter increases, which leads to a decrease in the voltage on the terminals of the rectifier 9. The load on the voltage inverter 6 decreases and the load value of the current inverter 2 increases. In the operating mode, the power transmitted from the DC circuit by the inverter 2 current and the voltage inverter 6 is close in values. A capacitor 7 connected to the DC terminals of the voltage inverter 6 is necessary for matching

условий работы инвертора 2 тока и инвертора 6 напр жени . Ток инвертора тока имеет непрерывный характер. Ток инвертора напр жени  имеет колебательный характерthe operating conditions of the current inverter 2 and the voltage inverter 6. The current inverter current is continuous. The voltage inverter current is oscillatory.

Конденсатор 7 играет роль накопител  энеогии, котора  подводитс  через инвертор тока от источника 1.В нормальных услови х ток в сварочной нагрузке имеет значени , обеспечивающие устойчивое горение дуги, крупноканальный перенос металла и устойчивое равновесие в сварочной ванне. При подаче импульсовуправлени  на управл ющих электродах тиристоров второго выпр мител  9 они начинают проводитьCapacitor 7 plays the role of an energy accumulator, which is supplied through the current inverter from source 1. Under normal conditions, the current in the welding load has values that ensure stable arc burning, large-channel metal transfer and stable equilibrium in the weld pool. When applying the pulse control on the control electrodes of the thyristors of the second rectifier 9, they begin to conduct

ток (фиг. 2, диаграмма 19). Диоды выпр мител  в этом режиме закрываютс  (фиг. 2, диаграмма 18). Так как тиристоры подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора 8, а диоды - к отпайкам этойcurrent (Fig. 2, diagram 19). The rectifier diodes in this mode are closed (Fig. 2, Chart 18). Since the thyristors are connected to the terminals of the secondary winding of the transformer 8, and the diodes to the taps of this

обмотки, то при работе тиристоров напр жени  на выводах элементов 11 и 12 увеличиваютс . При увеличении напр жени  на сварочной нагрузке увеличиваютс . При увеличении напр жени  на сварочной нагрузке достигаетс  резкое увеличение тока в дуге 16. Большое значение мгновенного значени  тока на электроде вызывает отрыв и перенос капли металла от электрода к ванне на изделии. Минимальна  длительностьWhen the thyristors operate, the voltage on the terminals of the elements 11 and 12 increases. As the voltage on the welding load increases, it increases. With an increase in the voltage on the welding load, a sharp increase in the current in the arc 16 is achieved. The large value of the instantaneous value of the current on the electrode causes the detachment and transfer of a metal drop from the electrode to the bath on the product. Minimum duration

импульса тока в нагрузке ти в предлагаемом устройстве может регулироватьс  за счет запаздывани  импульса на тиристоре выпр мител  9 от импульса управлени  на тиристоре инвертора 6 напр жени . Максимальное значение ru может достигать нескольких периодов частоты, на которой работает инвертор напр жени . Частота повторени  импульсов может измен тьс  за счет изменени  длительности паузы гп. ПриThe current pulse in the load of this device can be controlled by delaying the pulse on the thyristor rectifier 9 from the control pulse on the thyristor of the voltage inverter 6. The maximum value of ru can reach several periods of the frequency at which the voltage inverter operates. The pulse repetition rate may vary due to a change in the length of the pause rn. With

работе инвертора напр жени  на частоте 1 кГц длительность импульса может мен тьс  от 50 мкс до 10 мс и более. Энерги , необходима  дл  формировани  импульса сварочного тока, накапливаетс  вwhen the voltage inverter is operating at a frequency of 1 kHz, the pulse duration can vary from 50 µs to 10 ms or more. The energy required to form a welding current pulse accumulates in the

конденсаторе 7. Чем выше значение емкости конденсатора 7, тем меньше вли ние импульсного режима на основной непрерывный режим работы регул тора и тем меньше колебание напр жени  17.the capacitor 7. The higher the capacitance value of the capacitor 7, the less the influence of the pulse mode on the main continuous operation mode of the regulator and the less the voltage fluctuation 17.

Таким образом, в режимах с большим сопротивлением нагрузки нагрузочна  характеристика имеет жесткую характеристику , а в рабочих режимах с малыми значени ми сопротивлени  сварочной нагрузки вольтамперна  характеристика предлагаемой установки крутопадающа . На рабочие значени  накладываютс  импульсы тока, которые могут измен тьс  в широких пределах по длительности, а еледовательно , и по энергии импульса. Введение дополнительных тиристоров обеспечивает точную регулировку процесса переноса металла и позвол ет проводить сварку при высокой стабильности переноса металла.Thus, in modes with a large load resistance, the load characteristic has a rigid characteristic, and in operating modes with low values of the resistance of the welding load, the current-voltage characteristic of the proposed installation is steeply dipping. The operating values are superimposed by current pulses, which can vary over a wide range in duration, and, preferably, in terms of pulse energy. The introduction of additional thyristors provides precise adjustment of the metal transfer process and allows welding with high stability of metal transfer.

Claims (1)

Экспериментальна  проверка показала , что применение предлагаемого регул тора по сравнению с известным позвол ет увеличить качество сварного соединени  и уменьшить расход электрической энергии и потерь на разбрызгивание металла. Формула изобретени  Регул тор сварочного тока, содержащий источник посто нного тока, положительный вывод которого соединен с положительным выводом автономного инвертора тока, выводы переменного тока которого через первый трансформатор и реактор подсоединены к входу переменного тока первого выпр мител , систему управлени , конденсатор и последовательно соединенные инвертор напр жени , второй трансформатор и второй выпр митель, при этом отрицательный выход последнего соединен с первым выходом регул тора и отрицательным выходом первого выпр мител , положительный выход которого соединен с вторым выходом регул тора и положительным выходом второго выпр мител , отрицательный вывод источника посто нного тока соединен с первой обкладкой конденсатора и отрицательным выводом инвертора напр жени , положительный вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора и отрицательным выводом автономного инвертора тока, причем вторична  обмотка второго трансформатора выполнена из двухExperimental verification has shown that the use of the proposed controller in comparison with the known one allows increasing the quality of the welded joint and reducing the consumption of electrical energy and metal spattering losses. Claims of the invention A welding current regulator containing a DC source, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of an autonomous current inverter, the alternating current terminals of which through the first transformer and reactor are connected to the AC input of the first rectifier, the control system, the capacitor and the inverter connected in series voltage, the second transformer and the second rectifier, while the negative output of the latter is connected to the first output of the regulator and the negative output the first rectifier, the positive output of which is connected to the second output of the regulator and the positive output of the second rectifier, the negative lead of the DC source is connected to the first capacitor plate and the negative terminal of the voltage inverter, the positive lead of which is connected to the autonomous current inverter, and the secondary winding of the second transformer is made of two полуобмоток, а второй выпр митель выполнен из двух диодов, катоды которых объединены и соединены с положительным выходом второго выпр мител , при этом первые выводы полуобмоток объединены иthe secondary winding, and the second rectifier is made of two diodes, the cathodes of which are combined and connected to the positive output of the second rectifier, with the first conclusions of the secondary winding combined and соединены с отрицательным выходом второго выпр мител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества сварных соединений путем обеспечени  стабильности переноса металла, второй выпр мительconnected to the negative output of the second rectifier, characterized in that, in order to improve the quality of the welded joints by ensuring the stability of the metal transfer, the second rectifier снабжен двум  тиристорами, а вторичные полуобмотки второго трансформатора выполнены с отпайками, при этом катоды тиристоров объединены и соединены с положительным выходом второго выпр мител , аноды тиристоров соединены с вторыми выводами вторичных полуобмоток, а аноды каждого из диодов второго выпр мител  соединены с отпайками вторичных полуобмоток второго трансформатора.equipped with two thyristors, and the secondary half windings of the second transformer are made with taps, while the thyristor cathodes are combined and connected to the positive output of the second rectifier, the thyristor anodes are connected to the second terminals of the secondary half windings, and the anodes of each of the second rectifier diodes are connected to the second half windings transformer. Фиг.11 Фиг 2Fig 2