ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ СВАРОЧНОГО ТОКА

Настоящая полезная модель относится к устройствам питания сварочной дуги и может быть использована для аргонодуговой сварки изделий из алюминия и его сплавов.
Известен источник импульсов сварочного тока, состоящий из источника переменного напряжения, включенного последовательно с выходными зажимами в диагональ переменного тока диодного моста, в диагональ постоянного тока которого включен индуктивный накопитель энергии [Пат. 3364334 США, B23K 9/10. Method and apparatus for arc welding [Текст] /Hiroshi Sato, Hirojuki Fujiwara. - Заявл. 19.10.1966; Опубл. 16.01.1968. - 6 с]. Такой источник позволяет получить прямоугольные импульсы тока чередующейся полярности через дуговой промежуток, обеспечивающие высокую стабильность горения сварочной дуги путем обеспечения высокой скорости прохождения тока через нулевое значение при изменении его полярности.
Недостатком такого источника является то, что регулирование амплитуды сварочного тока и соотношения амплитуд и длительностей импульсов тока прямой и обратной полярностей невозможно.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является источник импульсов сварочного тока, содержащий источник переменного напряжения, тиристорный мост, в диагональ постоянного тока которого включен индуктивный накопитель энергии, а источник переменного тока включен своими зажимами в диагональ переменного тока тиристорного моста последовательно с выходными зажимами [Пат. 5683602 США, МПК B23K 9/09. Welding power supply [Текст] /Stava; Elliott K. - Заявл. 17.07.1996; Опубл. 04.11.1997.].
В установившемся режиме через индуктивный накопитель течет ток. Во время положительной полуволны входного напряжения источника переменного напряжения с некоторым запаздыванием относительно момента перехода напряжения через нуль включается одна из пар тиристоров моста, расположенных в противоположных плечах моста. В цепи, образованной источником переменного напряжения, индуктивным накопителем энергии и выходными зажимами с подключенным к ним дуговым промежутком, ток начинает возрастать. Запасенная в индуктивном накопителе энергия увеличивается за счет потребления ее из источника переменного напряжения. Примем, что через дуговой промежуток в этом случае формируется положительный импульс тока. Когда напряжение положительной полуволны станет равным нулю, ток в цепи уменьшается и энергия, запасенная в индуктивном накопителе, будет рекуперировать в источник переменного напряжения за счет протекания реактивного тока. В следующем полупериоде включается вторая пара тиристоров. Поскольку к первой паре тиристоров в этом случае прикладывается отрицательное напряжение, то они запираются, а ток в дуговом промежутке скачком изменяет свое направление и снова начинает возрастать. При этом энергия снова потребляется из источника переменного напряжения. При переходе отрицательной полуволны напряжения через нуль ток уменьшается, причем энергия, запасенная в индуктивном накопителе, через дуговой промежуток рекуперирует в источник переменного напряжения до тех пор, пока снова не включится первая пара тиристоров. Это приводит к запиранию второй пары тиристоров, скачкообразному изменению направления тока через дуговой промежуток и потреблению энергии из источника переменного напряжения.
Поскольку источник переменного тока загружается током рекуперации в течение времени фазовой задержки, то это ухудшает коэффициент мощности всего источника импульсов сварочного тока и увеличивает потери энергии в сети.
Целью настоящей полезной модели является достижение технического результата в виде увеличения коэффициента мощности и уменьшения потерь энергии в сети путем решения задачи уменьшения рекуперативной составляющей тока источника переменного напряжения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном источнике импульсов сварочного тока, содержащем источник переменного напряжения, тиристорный мост с блоком управления, индуктивный накопитель энергии, включенный в диагональ постоянного тока моста, первый и второй выходные зажимы, индуктивный накопитель выполнен с отводом, источник переменного напряжения включен непосредственно в диагональ переменного тока тиристорного моста, первый выходной зажим подключен к отводу индуктивного накопителя энергии, а второй выходной зажим - к одному из зажимов источника переменного напряжения.
Индуктивный накопитель энергии может быть выполнен с возможностью изменения количества витков между его выводами и отводом.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что введенные элементы и образованные новые конструктивные связи между элементами предлагаемого источника импульсов сварочного тока образуют совокупность отличительных существенных признаков, что обуславливает соответствие предлагаемого технического решения условию патентоспособности "новизна".
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема источника импульсов сварочного тока. На фиг. 2 изображены графики токов и напряжения на элементах источника. На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема источника импульсов сварочного тока при выполнении индуктивного накопителя энергии с возможностью изменения количества витков между его выводами и отводом с помощью скользящего контакта с его обмоткой.
Источник импульсов сварочного тока (фиг. 1) содержит источник 1 переменного напряжения, выполненный в виде трансформатора, тиристорный мост 2, 3, 4, 5, индуктивный накопитель 6 энергии, включенный в диагональ постоянного тока тиристорного моста, первый и второй выходные зажимы 7 и 8, к которым подключен дуговой промежуток 9, причем, индуктивный накопитель 6 энергии выполнен с отводом 10, источник 1 переменного напряжения в виде трансформатора включен вторичной обмоткой 11 непосредственно в диагональ переменного тока тиристорного моста, первый выходной зажим 7 подключен к отводу 10 индуктивного накопителя 6 энергии, а выходной зажим 8 к одному из зажимов обмотки 11 источника 1 переменного напряжения. Индуктивный накопитель 6 энергии включен в диагональ постоянного тока тиристорного моста своими выводами 12 и 13.
На фиг. 2 график 14 - напряжение источника 1 переменного напряжения, график 15 - ток через дуговой промежуток 9, график 16 - ток источника 1 переменного напряжения.
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
Источник импульсов сварочного тока по фиг.1 работает следующим образом. В установившемся режиме сварочная дуга в дуговом промежутке возбуждена и при положительной (полярность без скобок) полуволне напряжения на источнике 1 блоком управления в момент t (фиг. 2) включается тиристор 2. Ток 15 протекает по цепи: 11-2-13-10-7-8-11 и через дуговой промежуток формируется положительный импульс тока. В течение времени t-t происходит потребление энергии из сети, возрастание тока через дуговой промежуток и секцию 13-10 индуктивного накопителя 6, который при этом заряжается. После момента t, когда напряжение изменяет свой знак, включается тиристор 5. Тиристор 2 при этом запирается обратным напряжением обмотки 11 и ток 16 в ней прекращается. Благодаря взаимоиндуктивной связи между секциями 13-10 и 10-12 ток в секции 13-10 прекращается, но возникает скачком в секции 10-12 и протекает по цепи: 10-7-8-5-13-10. Энергия, запасенная в индуктивном накопителе 6, диссипирует в основном на дуговом промежутке 9, ток уменьшается до момента t и индуктивный накопитель 6 разряжается. В этот момент включается тиристор 3. Из-за взаимоиндуктивной связи между секциями индуктивного накопителя 6 в секции 13-10 наводится ЭДС, создающая обратное напряжение на тиристоре 5, и он запирается. Ток в секции 10-12 уменьшается до нуля, а в секции 13-10 скачком увеличивается и протекает по цепи 11-13-9-7-10-12-3-11, формируя через дуговой промежуток 9 отрицательный импульс тока 15. В течение времени t-t снова энергия потребляется из сети и ток через дуговой промежуток 9 и секцию 10-12 индуктивного накопителя 6 увеличивается и он снова заряжается. После момента t напряжение источника 1 питания снова изменяет полярность и при включении блоком управление тиристора 4 обратным напряжением обмотки 11 тиристор 3 запирается. Ток 16 в обмотке прекращается, а ток 15 через дуговой промежуток 9 протекает по цепи: 12-4-13-9-7-10-13. Энергия, запасенная в индуктивном накопителе 6, диссипирует на дуговом промежутке 9 поддерживая ток 15 в нем до момента t. Ток через него уменьшается и индуктивный накопитель 6 разряжается. В момент t блоком управления снова включается тиристор 2 и далее источник импульсов сварочного тока работает аналогично.
Индуктивный накопитель 6 энергии может быть выполнен с возможностью изменения витков между его выводами 12 и 13 и отводом 10, например, посредством выполнения отвода 11 в виде скользящего контакта (фиг. 3). В этом случае количество витков секции 13-10 может быть установлено, например, больше секции 10-12.
1
2
3
В этом случае в моменты t, t, t изменения полярности тока 15 возможно производить изменение его величины. При уменьшении тока до нуля в секции 10-12 с большим количеством витков ток в секции 13-10 с меньшим количеством витков станет выше. При уменьшении тока до нуля в секции 13-10 с меньшим количеством витков ток в секции 10-12 с большим количеством витков станет ниже.
Так можно регулировать соотношение токов разных полярностей.
В опытном образце предлагаемого источника использовались тиристоры Τ152-100 с блоком управления от выпрямителя ВДГИ301, трансформатор ТД-102, индуктивный накопитель суммарной индуктивностью 0,5 мГн.
1
3
4
5
В предложенном источнике импульсов сварочного тока на интервалах t-t, t-t ток через источник переменного напряжения в отличие от прототипа не протекает, что уменьшает потери энергии в нем.
Кроме этого, первая гармоника тока источника переменного напряжения имеет меньшее фазовое запаздывание по отношению к напряжению, что повышает коэффициент мощности всего источника импульсов сварочного тока по сравнению с прототипом.
Имеющаяся возможность изменения соотношения токов прямой и обратной полярностей позволяет повысить по сравнению с прототипом качество сварного шва за счет возможности подбора более оптимального режима сварки, когда требуется установка соотношения амплитуд токов прямой и обратной полярностей.
Таким образом, предлагаемый источник импульсов сварочного тока обеспечивает технический эффект, заключающийся в увеличения коэффициента мощности и уменьшения потерь энергии, и может быть изготовлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.